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Verhaltensänderungen wie Veränderungen in der Fortbewegung, Entscheidungsfindung und explorativen Aktivitäten werden häufig als Indikatoren auf Organismusebene für den neuronalen und physiologischen Zustand verwendet. Über Taxa hinweg äußert sich neuronale Dysfunktion oft in veränderter Bewegungsstruktur, verminderter Explorationsmotivation, beeinträchtigtem sensorisch gesteuertem Entscheidungsverhalten und Veränderungen in der Verhaltensvorhersehbarkeit. Da diese Ausgaben auf Organismusebene neuronale, metabolische und physiologische Zustände integrieren, liefern sie skalierbare Anzeigen zur Erkennung krankheitsrelevanter Phänotypen. Trotz des umfangreichen Einsatzes von Drosophila melanogaster in der Molekulargenetik und Neurowissenschaft bleiben standardisierte multimodale Verhaltensrahmen, die gleichzeitig die Bewegungsleistung, Entscheidungsstruktur und Verhaltensvariabilität erfassen, begrenzt.
Modellorganismen sind unerlässlich, um die Mechanismen zugrunde liegender stressbedingter und neuropsychiatrischer Phänotypen zu untersuchen, da kontrollierte experimentelle Manipulation beim Menschen oft unmöglich ist. Stressbedingte Verhaltenssyndrome treten bei vielen Taxa, einschließlich Insekten, auf und betreffen konservierte neuromodulatorische Systeme wie Serotonin und Dopamin sowie metabolische Signalwege. Die Fruchtfliege hat sich daher als mächtiges System etabliert, um molekulare Dysfunktion mit Verhaltensergebnissen auf Organismusebene zu verknüpfen, bedingt durch ihre kurze Generationszeit, genetische Bewältigbarkeit und den Erhalt krankheitsrelevanter Signalwege 1,2.
Gleichzeitig werden viele Verhaltenstests bei Drosophila typischerweise isoliert durchgeführt, was es erschwert, zwischen allgemeinen Krankheitseffekten, motorischen Beeinträchtigungen, motivationalen Veränderungen und Verhaltensänderungen auf Entscheidungsebene zu unterscheiden. Zudem können allein mittlere Verhaltensmaße biologisch bedeutsame Phänotypen verschleieren, da neuromodulatorische und entwicklungsbedingte Störungen oft die Verhaltensvariabilität statt des durchschnittlichen Verhaltensoutputs verändern. Ein multimodaler Verhaltensansatz, der lokomotorische, explorative, sensorische und Entscheidungstests kombiniert, ist daher notwendig, um robuste phänotypische Signaturen auf Organismusebene zu erzeugen3.
Hier wird eine multimodale Verhaltenspipeline präsentiert, die erzwungene Schwimmexposition 4,5, Y-Labyrinth-Drehverhalten und Händlichkeit 6,7,8,9, Phototaxis und Aktivitätsbewertung mit dem FlyVac-System10,11, Erkundung im offenen Feld12 sowie Langzeit-Lokomotorüberwachung mit dem Drosophila Activity Monitor 5,13 integriert (Abbildung 1). Jeder Assay in diesem Rahmen erfasst eine spezifische Verhaltensdimension, die für stressbedingte Phänotypen relevant ist. Der erzwungene Schwimmtest misst passives Bewältigungsverhalten, bei dem ein früherer Übergang zur Unbeweglichkeit eine verminderte Motivation zur Aufrechterhaltung von Fluchtreaktionen widerspiegelt. Die offenen Feld- und DAM-Assays quantifizieren die allgemeine Bewegungsaktivität und zirkadiane Struktur und liefern Basismessungen für motorische Leistung und Erregung. Der Y-Maze-Assay erfasst die Entscheidungsstruktur durch Sequenzen von Links-Rechts-Entscheidungen und ermöglicht die Schätzung sowohl des Drehbias (Lateralisation) als auch der Verhaltensvariabilität als Maß für die Vorhersehbarkeit. Schließlich bewertet der FlyVac-Test sensorisch gesteuerte Entscheidungsfindung und Annäherungs-Vermeidungsverhalten anhand wiederholter phototaktischer Entscheidungen. Zusammen liefern diese Assays ergänzende Anzeigen, die Veränderungen in Aktivität, Motivation und Entscheidungsverhalten unterscheiden.
Dieses Protokoll erfasst komplementäre Aspekte von motorischer Leistung, Motivation, Entscheidungsstruktur und Verhaltensvariabilität und bietet einen skalierbaren Rahmen zur Erkennung von stress-, metabolisch- und neurodegenerationsbezogenen Verhaltensphänotypen bei D. melanogaster14. Das Hauptziel dieser Studie ist es, ein multimodales verhaltensbezogenes Phänotypisierungsrahmen zu etablieren, das komplementäre Tests integriert, um mehrere Dimensionen stressbedingter Verhaltensänderungen zu erfassen. Das Stressparadigma wird hier als standardisierte Störung verwendet, um die Sensibilität und Anwendbarkeit des Rahmens zu demonstrieren.