Action, valence, dopamine - Drosophila as a study case

Abstract

In this thesis, my focus will be on the mechanistic relationships between action, valence and dopamine in adult fruit fly, Drosophila melanogaster, and the biomedical implications that the uncovered relationships might have. Here I investigated two main aspects: 1) How action confers valence? - as my main PhD project (Chapter 1) 2) How timing affects valence? (Chapter 2) In Chapter 1, my work was inspired by William James’s theory of emotion: Common sense says, we lose our fortune, are sorry and weep; we meet a bear, are frightened and run; we are insulted by a rival, are angry and strike. The hypothesis here to be defended says that this order of sequence is incorrect. (James, 1890, p. 449) This theory, strikingly, questioned the conventional way of thinking that emotions cause action. Rather, he proposed it can be the other way around-namely animals take action, and it is the action that causes the emotion! Therefore, I developed an unconventional experimental twist for action-to-perceived emotional experience (valence) causation by asking a simple question namely can moving backward make flies ‘feel bad’ about odours experienced during this action? Hereby, I established a neurobiologically yielding study case to understand how action, valence and dopamine processing are related and its biological significance in solving the long-standing so-called avoidance paradox for a simple animal model- Drosophila melanogaster-as an example. In Chapter 2, I investigated a fundamental aspect of valence processing as such, namely its dependence on the timing of its occurrence and its termination. Here the focus will be on dissociating dopaminergic from non-dopaminergic mechanisms in timing-dependent valence processing. Regarding both chapters, I will discuss plausible biomedical implications.

In dieser Arbeit konzentriere ich mich auf die mechanistischen Beziehungen zwischen Handlung, Valenz und Dopamin in der erwachsenen Fruchtfliege Drosophila melanogaster und auf die biomedizinischen Auswirkungen, die aufgedeckten Beziehungen haben könnten. Ich habe zwei Hauptaspekte untersucht: 1) Wie wird Valenz durch Handlung vermittelt? - als mein Haupt-Doktorandenprojekt (Kapitel 1) 2) Wie beeinflusst das Timing die Valenz? (Kapitel 2) In Kapitel 1 wurde meine Arbeit von William James' Theorie der Emotionen inspiriert: Common sense says, we lose our fortune, are sorry and weep; we meet a bear, are frightened and run; we are insulted by a rival, are angry and strike. The hypothesis here to be defended says that this order of sequence is incorrect. (James, 1890, p. 449) Diese Theorie stellte die herkömmliche Denkweise in Frage, dass Emotionen Handlungen verursachen. Stattdessen schlug er vor, dass es auch andersherum sein könnte - nämlich dass Tiere handeln und die Handlung die Emotion verursacht! Daher habe ich eine unkonventionelle experimentelle Methode entwickelt, um die Beziehung zwischen Handlung und wahrgenommener emotionaler Erfahrung (Valenz) zu untersuchen, indem ich eine einfache Frage stellte: Kann eine Rückwärtsbewegung dazu führen, dass Fliegen die Gerüche, die sie während dieser Aktion wahrnehmen, als schlecht empfinden? Damit habe ich einen neurobiologisch ergiebigen Studienfall geschaffen, um am Beispiel eines einfachen Tiermodells - Drosophila melanogaster - zu verstehen, wie Handlung, Valenz und Dopaminverarbeitung zusammenhängen und welche biologische Bedeutung sie für die Lösung des langjährigen sogenannten Vermeidungsparadoxons haben. In Kapitel 2 habe ich einen grundlegenden Aspekt der Valenzverarbeitung als solche untersucht, nämlich ihre Abhängigkeit vom Zeitpunkt ihres Auftretens und ihrer Beendigung. Hier liegt der Schwerpunkt auf der Unterscheidung von dopaminergen und nicht-dopaminergen Mechanismen In beiden Kapiteln werde ich plausible biomedizinische Implikationen diskutieren.