Summary
The torque exerted by the housefly Musca domestica during fixed flight was used as a measure of the optomotor reaction of the insect elicited by the rotation of cylindrical patterns with periodic distributions of surface brightness. Measurements were made of the dependence of the reaction on the wave length, speed of rotation, contrast, and mean brightness of the stimulus patterns. The effect on the reaction of modulation of the light illuminating the stimulus pattern was examined. Further experiments indicated that stimulation of only one of the two complex eyes is sufficient to elicit an optomotor reaction, and that there is overlap between the visual fields of neighboring photoreceptor units in the complex eye. Estimates of the rates of absorption of light quanta by individual ommatidia in the complex eye indicated that these rates are low enough that the Poisson statistics of the light quanta results in a significant level of noise in the light signals received by the photoreceptors, when the brightness of the stimulus pattern is low but still sufficient to elicit a measurable reaction. The contrast that is required of a rotating stimulus pattern in order to elicit a just-measurable reaction was found to depend upon the mean brightness of the pattern in a manner that is consistent with the hypothesis that the noise due to the statistics of the light quanta absorbed by the photoreceptors in the complex eye is a principle cause of the breakdown of the optomotor reaction at low values of the contrast and mean brightness of the stimulus pattern.
Similar content being viewed by others
Literatur
Bouman, M. A.: History and present status of quantum theory in vision. In: Sensory Communication, S. 377–401, hrsg. von W. A. Rosenblith. New York: John Wiley and Sons 1961.
Gaffron, M.: Untersuchungen über das Bewegungssehen bei Libellenlarven, Fliegen und Fischen. Z. vergl. Physiol. 20, 299 (1934).
Hartline, H. K., F. Rattliff and Miller: Inhibitory interaction in the retina and its siginficance in vision. In: Nervous Interaction. Oxford: Pergamon Press 1961.
Hassenstein, B.: Ommatidienraster und afferente Bewegungsintegration. Z. vergl. Physiol. 33, 301 (1951);- Über die Wahrnehmung von Figuren und unregelmäßigen Helligkeitsmustern. Z. vergl. Physiol. 40, 556 (1958a); - Die Stärke von optikinetischen Reaktionen auf verschiedene Mustergeschwindigkeiten. Z. Naturforsch. 13b, (1958b); - Optokinetische Wirksamkeit bewegter periodischer Muster. (Nach Messungen am Rüsselkäfer Chlorophanus viridis). Z. Naturforsch. 14b, 659 (1959).
Hassenstein, B., u. W. Reichardt: Systemtheoretische Analyse der Zeit-, Reihenfolgen- und Vorzeichenauswertung bei der Bewegungsperzeption des Rüsselkäfers Chlorophanus. Z. Naturforsch. 11b, 513 (1956).
Kelley, D. H.: Visual responses to time-dependent stimuli. I. Amplitude sensitivity measurements. J. Opt. Soc. Amer. 51, 422 (1961).
Kirschfeld, K., u. W. Reichardt: Kybernetik 2 (im Druck).
Kunze, P.: Untersuchung des Bewegungssehens fixiert fliegender Bienen. Z. vergl. Physiol. 44, 656 (1961).
MacGinitie, G.: Unveröffentlichte Messungen 1961.
Mayer, G.: Unveröffentlichte Abbildungen von Augenschnitten 1962.
Mittelstaedt, H.: Zur Analyse physiologischer Regelungssysteme. Verh. dtsch. zool. Ges. in Wilhelmshaven 8, 150–157 (1951).
Palma, J. J. de, and E. M. Lowry: Sine-wave response of the visual system II. Sine wave and square-wave contrast sensitivity. J. Opt. Soc. Amer. 52, 328 (1962).
Reichardt, W.: Autokorrelations-Auswertung als Funktionsprinzip des Zentralnervensystems (bei der optischen Wahrnehmung eines Insekts). Z. Naturforsch. 12b, 448 (1957).
Nervous integration in the facet eye. Biophys. J. 2 (part 2), 121 (1961a); - Über das optische Auflösungsvermögen der Facettenaugen von Limulus. Kybernetik 1, 57 (1961b); - Nervöse Verarbeitung optischer Nachrichten im Facettenauge. Jahrbuch der Max-Planck-Gesellschaft 97–126 (1962).
Reichard, W., u. D. Varjú: Übertragungseigenschaften im Auswertesystem für das Bewegungssehen (Folgerungen aus Experimenten an dem Rüsselkäfer Chlorophanus viridis). Z. Naturforsch. 14b, 674 (1959).
Rose, A.: The sensitivity performance of the human eye on an absolute scale. J. Opt. Soc. Amer. 38, 196 (1948).
Varjú, D.: Optomototische Reaktionen auf die Bewegung periodischer Helligkeitsmuster. (Anwendung der Systemtheorie auf Experimente am Rüsselkäfer Chlorophanus viridis.) Z. Naturforsch. 14b, 724 (1959).
Vries, H. de: Die Reizschwelle der Sinnesorgane als physikalisches Problem. Experientia (Basel) 4, 205 (1948a); - Minimum perceptible energy and Brownian motion in sensory processes. Nature (Lond.) 161, 63 (1948b).
Waerden, B. L. van der: Mathematische Statistik, S. 47–49. Berlin-Göttingen-Heidelberg: Springer 1957.
Wolken, J. J.: Structure and molecular organisation of retinal photoreceptors. J. Opt. Soc. Amer. 53, 1 (1963).
Wolken, J. J., J. M. Bowness and I. J. Scheer: The visual complex of the insect: Retine in the housefly. Biochim. biophys. Acta (Amst.) 43, 531 (1960).
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Mit Unterstützung durch ein Fellowship des National Institute of Neurological Diseases and Blindness, US Public Health Service und ein Fellowship der National Science Foundation, USA.
Herrn Freiberg danken wir für das Anfertigen der Abbildungen.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Von Fermi, G., Richardt, W. Optomotorische Reaktionen der Fliege Musca Domestica. Kybernetik 2, 15–28 (1963). https://doi.org/10.1007/BF00292106
Accepted:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00292106