Entwicklung eines künstlichen visuellen Systems als Modell des Bewegungssehsystems der Fliege

Fliegen sind in der Lage, schnelle und präzise Flugmanöver auszuführen, für die experimentell gezeigt wurde, dass sie zumindest teilweise visuell kontrolliert sind. In Verhaltensexperimenten ist weiterhin zu beobachten, dass Fliegen während dieser Flugmanöver ihre Eigenbewegung weitgehend durch Kopfbewegungen kompensieren (van Hateren 1999). Diese Blickstabilisierung ist ihrerseits visuell kontrolliert (Hengstenberg 1992).

Das für die Kurs- und Blickstabiliserung der Fliege verantwortliche Bewegungssehsystem ist gut untersucht. Für dieses System existieren detaillierte algorithmische Modelle (Egelhaaf 1993). In theoretischen Arbeiten wurde gezeigt, dass bestimmte Neurone dieses Systems optimale Filter für bestimmte Komponenten des optischen Flusses sind (Krapp 2000, vgl. Promotionsprojekt von Katja Karmeier). Ob im Aktivitätsmuster dieser Neurone technisch nutzbare Information über die Eigenbewegung der Fliege bzw. eines Modellsystems kodiert ist, ist die Fragestellung dieses Projekts.

Im Rahmen des Projektes soll ein umfassendes Software-Modell des Bewegungssehsystems der Fliege auf der Basis von Bildern einer 360°-Kamera realisiert werden, aus denen die Eingangsinformation der Rezeptoren eines Fliegenauges berechnet wird. Die Kamera soll in Anlehnung an die Kopfmotorik der Fliege über 3 Achsen beweglich aufgehängt werden. Das System soll anhand der Aktivität der Modellneuronen die Blickrichtung der Kamera stabilisieren.

Das Modell wird zunächst stationär auf der Basis von PC-Hardware erstellt, soll dann aber auf ein mobiles System übertragen werden.

Mit diesem mobilen System wird einerseits ein Test des Modells mit realistischen Eingangsreizen möglich, andererseits kann ein solches System Informationen über die Eigenbewgung der Kamera z.B. im Kontext der Steuerung eines mobilen Roboters liefern.

Literatur:

M. Egelhaaf, A. Borst A look into the cockpit of the fly: Visual orientation, algorithms and identified neurons Journal of Neurosciences, Vol. 13, 1993: pp. 4563-4574

J.H. van Hateren, C. Schilstra
Blowfly Flight and Optic Flow. II. Head Movements and Optic Flow
Journal of Experimental Biology, Vol. 202, 1999: pp. 1491-1500

R. Hengstenberg
Stabilizing head/eye movements in the blowfly Calliphora erythrocephala
In The head-neck sensory motor system (eds. A. Berthoz, W. Graf, P.P. Vidal), Oxford University Press 1992

H.G. Krapp
Neuronal Matched Filters for Optic Flow Processing in Flying Insects
International Review of Neurobiology, 2000: pp. 93-120