background image

Behavioral evidence of uncertainty monitoring in

Drosophila melanogaster and its association with

mushroom body function

Jacob Hoppa 

Academies of Loudoun, Academy of Science 

https://orcid.org/0009-0001-2518-1464

Research Article

Keywords:

 Drosophila melanogaster, Uncertainty Monitoring, Mushroom Body, Decision-Making,

Repeated-Measures ANOVA

Posted Date:

 August 25th, 2026

DOI:

 

https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-10806948/v1

License:

 

 

 This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.  

Read Full License

Additional Declarations:

 The authors declare no competing interests.

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Behavioral evidence of uncertainty monitoring in

 Drosophila 

melanogaster

 and its association with mushroom body function 

 

Jacob Hoppa

a*

 

a

 Academy of Science, Academies of Loudoun, Leesburg, Virginia 20175, United States of 

America 
* Corresponding author 
 
Highlights 

● 

Drosophila melanogaster

 exhibited uncertainty-dependent behavioral responses 

● 

Decision and checking latencies increased as visual uncertainty increased 

● 

Mushroom body silencing reduced uncertainty-dependent latency modulation 

● 

Baseline locomotor performance remained comparable across genotypes 

● 

Abort and success outcomes showed descriptive uncertainty-related patterns 

● 

Findings support uncertainty-sensitive behavioral processing in compact neural systems 

 

 
Article Info 

Keywords

Drosophila melanogaster

 

Uncertainty Monitoring 
Mushroom Body 
Decision-Making 
Repeated-Measures ANOVA 

 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Abstract 

Whether uncertainty-sensitive behaviors require large and complex neural systems or can emerge 
from compact neural circuits remains unresolved. Metacognition, particularly uncertainty 
monitoring, involves behavioral adjustment based on the reliability of available information; 
however, distinguishing such responses from lower-level associative mechanisms remains 
challenging in nonhuman animals. To investigate uncertainty-sensitive behavior in a genetically 
tractable invertebrate model, behavioral experiments were conducted using 

Drosophila 

melanogaster

. Mushroom body neurons were silenced using the GAL4/UAS system 

(29BD-GAL4 × UAS-Kir2.1), and flies were tested in a negative geotaxis assay in which visual 
uncertainty was manipulated across Easy, Medium, and Hard contrast conditions. Behavioral 
measures included decision latency, checking latency, abort behavior, and success, while separate 
baseline assays assessed locomotor performance. Decision and checking latencies were analyzed 
at the cohort level using mixed-design repeated-measures ANOVAs with uncertainty as the 
within-cohort factor and genotype as the between-cohort factor. Increasing visual uncertainty 
significantly affected both latency measures, and significant genotype × uncertainty interactions 
were observed for both decision and checking latency. Control genotypes progressively increased 
latency as uncertainty increased, whereas 29BD > Kir2.1 cohorts showed comparatively little 
modulation across conditions. Baseline climbing latency and climbing height did not 
significantly differ across genotypes. Abort and success outcomes were summarized 
descriptively because sparse events, ceiling effects, and singular mixed-model estimation limited 
reliable inferential analysis. Together, these findings provide behavioral evidence consistent with 
uncertainty-sensitive processing in 

Drosophila

 and suggest that mushroom body activity 

contributes to uncertainty-dependent behavioral regulation.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

1. Introduction  

Metacognition, particularly the ability to monitor uncertainty during decision-making, 

has traditionally been associated with large and complex cortical systems. However, whether 
uncertainty-sensitive behaviors require advanced vertebrate neural architecture or can emerge 
from compact neural circuits remains unresolved. Understanding how organisms evaluate 
uncertainty is important for clarifying the neural basis of higher-order cognition and may provide 
insight into cognitive dysfunction associated with neurodegenerative diseases, psychiatric 
disorders, and brain injuries (Garcia-Cordero et al., 2021). 

Metacognition is commonly defined as the ability to monitor and regulate one’s own 

cognitive processes (Fleur et al., 2021; Stanton et al., 2021). One measurable component of 
metacognition is uncertainty monitoring, in which organisms adjust behavior based on the 
perceived reliability of their decisions (Qu et al., 2023; Fleming & Lau, 2014). Uncertainty 
monitoring contributes to error detection and behavioral correction, both of which are essential 
for adaptive decision making in dynamic environments (Qu et al., 2023). Consequently, 
uncertainty-sensitive behavior has become an important behavioral framework for investigating 
metacognitive processes. 

Although metacognition has been extensively documented in humans and nonhuman 

primates, studying metacognitive processes in animals remains challenging (Beran, 2019). A 
major difficulty involves distinguishing genuine uncertainty monitoring from low-level 
associative learning mechanisms (Smith et al., 2012). Animals may appear to display 
metacognitive behaviors while instead relying on reinforced stimulus-response associations. This 
interpretative burden has complicated efforts to determine whether nonhuman species possess 
uncertainty-sensitive cognitive processes and has limited understanding of the neural 
mechanisms underlying these behaviors (Fleming & Lau, 2014). 

Drosophila melanogaster

 provides a valuable system for addressing these challenges 

because its compact nervous system permits precise neural circuit manipulation while still 
supporting complex behaviors. Despite possessing approximately 200,000 neurons compared 
with roughly 100 billion neurons in humans, 

Drosophila 

exhibits sophisticated sensory 

integration, learning, and memory capabilities (Koon & Chan, 2017; Martinez-Cervantes et al., 
2022; Rivi et al., 2023). The GAL4/UAS system further enables targeted genetic manipulation of 
defined neuronal populations, allowing direct investigation of neural contributions to 
cognitive-like behaviors (Ayomide Victor Atoki et al., 2024). 

The mushroom body (MB) is a major neural structure involved in sensory integration, 

learning, and behavioral choice in 

Drosophila

 (Aso et al., 2014; Cheong et al., 2020). By 

silencing mushroom body neurons and examining behavioral responses to graded uncertainty, 
this study directly tests whether uncertainty-sensitive behavioral regulation depends on 
mushroom body activity and whether such regulation can emerge from comparatively compact 
neural circuits (Barron & Mourmourakis, 2023).  

To the best of our knowledge, uncertainty-sensitive behavior has not been directly 

investigated in 

Drosophila melanogaster

 using this type of graded visual-uncertainty paradigm. 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Previous work has largely focused on conditioned learning and visually guided decision-making 
rather than uncertainty monitoring, latency-based hesitation behaviors, or post-choice evaluation 
(Cheong et al., 2020). Addressing this gap may clarify whether metacognitive-like processes 
require large neural systems or can emerge from compact circuits. Therefore, the purpose of this 
study was to investigate uncertainty-sensitive decision-making behaviors in 

Drosophila 

melanogaster and determine whether mushroom body activity modulates these behaviors. Using 
GAL4/UAS-mediated neuronal silencing and graded visual uncertainty conditions, this study 
examined decision latency, checking latency, abort behavior, and locomotor performance as 
behavioral indicators of uncertainty monitoring. 

 

2. Methods and materials 

 

2.1. Materials 

 

Parental genotypes were obtained from Bloomington Drosophila Stock Center (BDSC). 

This included the 29BD-GAL4 (Stock #: 26793) driver line and UAS-Kir2.1 (Stock #: 606319) 
responder line to create the experimental flies. Flies were maintained in standard fly vials on 
food composed of yeast, soy flour, yellow cornmeal, agar, corn syrup, and water. Propionic acid 
was added to prevent microbial growth.  
 

The food was prepared by measuring 6.75 g of yeast, 3.90 g of soy flour, 28.5 g of yellow 

cornmeal, and 2.25 g of agar into a beaker. A mixture of 30 g of corn syrup and 390 g of water 
was added, and the mixture was heated in 30-second intervals, with stirring between intervals, 
until boiling. After cooling to approximately 60–70°C, 1.88 mL of propionic acid was added. 
The food was poured into vials (~10 mL per vial), capped, and allowed to solidify. All other 
materials used were readily available through the Academies of Science program. 
 

2.2. Experimental design and groups 

 

Four genotypes were tested: wild-type, 29BD-GAL4 (parental control), UAS-Kir2.1 

(parental control), and 29BD > Kir2.1 (mushroom body-silenced). Each genotype consisted of 
five independent cohorts of 10 flies (50 flies per genotype). Each cohort completed two trials of 
the baseline locomotion assay and two trials under each uncertainty condition.  
 

2.3. Fly preparation and crosses 

 

Flies were sorted by sex based on abdominal shapes (round in males and pointed in 

females) and sex combs (present only in males). Virgin females were identified by examining for 
a clear and swollen abdomen, swollen front head, and folded wings.  

To enable handling and sorting of flies by sex and virginity, flies were anesthetized using 

a cold-sorting method. Cold-sorting was performed by placing a vial of approximately 10-20 
flies into a bowl of ice for 2-3 minutes until immobilized. Flies were then placed on a weight 
boat with ice under it, and examined using a magnifying glass and a feather. This method 
minimized stress and avoided chemical anesthesia that could affect behavior.  

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

To generate experimental flies with silenced mushroom body neurons, 5–6 virgin 

29BD-GAL4 females were crossed with 4 UAS-Kir2.1 males in food vials. Crosses were 
maintained at 25°C in an incubator, and parents were transferred to new vials every 3–4 days. 
Progeny were collected after approximately 10 days, and flies without curly wings were selected 
for experiments, while flies displaying the curly-wing balancer phenotype were discarded. 

Parental control lines were generated by crossing 29BD-GAL4 with wild-type flies and 

UAS-Kir2.1 with wild-type flies using the same procedure. 

 

2.4. Baseline locomotion assay 

 

Baseline locomotion was assessed using a negative geotaxis assay to confirm intact motor 

function across genotypes. Clean vials were marked at 1 cm intervals to the top of the vial by 
placing a small black dot using a Sharpie. All baseline trials were conducted under standardized 
visual conditions without contrast manipulation. 

To maintain a consistent background, white paper was positioned vertically 

approximately 4 inches from the back and sides of the vial, while the front remained open for 
video recording. This ensured uniform visual conditions while allowing clear observation of fly 
movement. 

Ten flies were placed into vials and allowed to acclimate for 2 minutes. Each trial began 

by tapping the vial to bring flies to the bottom, followed by immediate recording for 20 seconds. 
Flies were recorded using an iPhone 16 Pro on SLO-MO, HD resolution at 120 fps. Behavioral 
measures included climbing latency (time to cross 3 cm), success (reaching 8 cm within 10 
seconds), and climbing height (cm). Each cohort of each group underwent 2 trials with 90 
seconds of rest between trials. To record latency, the stopwatch on another iPhone 16 Pro was 
placed in view of recording, but out of sight for the flies, on the left side of the left piece of white 
paper. The stopwatch was started before each trial began, ran through video recording, and 
stopped once video recording ended. 

 

 

2.5. Contrast-uncertainty assay 

 

To test uncertainty-dependent behavior, a negative geotaxis climbing assay was 

conducted under three visual contrast conditions: Easy (high contrast, low uncertainty), Medium 
(moderate contrast), and Hard (low contrast, high uncertainty).  

Visual uncertainty was manipulated by placing contrast sleeves around the vial at 75% of 

the vial’s circumference, reducing the reliability of visual cues. Contrast sleeves were created in 
Inkscape by first measuring the height and circumference of the fly vials. Height was measured 
to be ~10 cm, and circumference was measured to be ~7 cm. The circumference value was then 
recalculated to 75% of its original value (~5.2 cm). In Inkscape, a new file was opened, and a 2D 
rectangle was made by making the length 100 mm and the width 52 mm. To create the Easy 
condition, 10 x 2 mm rectangles were alternated between black (rgb(0, 0, 0)) and white  
(rgb(255, 255, 255)) across the whole plane. A similar process was used to create the medium 
and hard contrast; however, for the Medium condition, 10 x 2 mm rectangles were alternated 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

between grey (rgb(80, 80, 80)) and white (rgb(255, 255, 255)), and for the Hard condition, the 
entire plane consisted of a darker grey (rgb(127, 127, 127)). Each sleeve was taped around one 
vial using clear Scotch tape. Sleeves were taped and removed from the same vial for each 
condition. The reason each sleeve only wrapped around 75% of the vial's circumference was to 
ensure that visual uncertainty was manipulated, with a small enough gap to record fly movement.  

For each trial, 10 flies were recorded using an iPhone 16 Pro on SLO-MO, HD 

resolution, 120 fps for 20 seconds after being tapped on the bottom of the vial. The order of 
contrast conditions was counterbalanced across trials to control for fatigue and habituation 
effects. Behavioral measures included decision latency, defined as the time to cross 3 cm; 
checking latency, defined as the time spent between 0–3 cm before sustained climbing; abort, 
defined as the initiation followed by retreat before 3 cm; and success, defined as reaching 8 cm. 
Each cohort of each group underwent 2 trials with 90 seconds of rest between individual contrast 
condition trials, and 5 minutes of rest between contrast conditions. To record latency, the 
stopwatch on an iPhone 16 Pro was placed in view of recording, but out of sight for the flies, on 
the left side of the left piece of white paper. The stopwatch was started before each trial began, 
ran through video recording, and stopped once video recording ended. 

 

2.6. Data collection 

 

Behavioral data were collected using recorded videos of each trial. Data collected 

included genotype, trial number, contrast condition, and behavioral metrics. Behavioral 
indicators such as hesitation, pausing, and movement patterns were also recorded to support 
analysis of uncertainty-related behaviors. 
 

2.7. Data analysis  

 

All statistical analyses were conducted using Microsoft Excel and JASP 0.95.4.0 

statistical software. Raw behavioral data were initially organized in long format. Because cohort 
numbers 1–5 were repeated within each genotype, a Unique Cohort variable was created by 
combining genotype and cohort number, producing 20 unique cohort identifiers across the four 
genotypes. 

For decision latency and checking latency, raw observations were aggregated in 

Microsoft Excel using PivotTables. Unique Cohort was used as the row variable, uncertainty 
condition (Easy, Medium, Hard) as the column variable, and latency as the value variable 
summarized by the arithmetic mean. This produced one cohort-level mean for each latency 
measure at each uncertainty condition. The resulting 20-row cohort-level dataset was then 
imported into JASP. 

Decision and checking latency were analyzed separately using mixed-design 

repeated-measures ANOVAs. Uncertainty condition was specified as the within-cohort factor and 
genotype as the between-cohort factor. The genotype × uncertainty interaction tested whether 
uncertainty-dependent changes differed among genotypes. Mauchly’s test was used to assess 
sphericity, and Greenhouse–Geisser corrections were applied when this assumption was violated. 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Significant interactions were followed by simple-main-effects analyses and Holm-adjusted 
conditional comparisons. Statistical significance was defined as 

< .05, and effect sizes were 

reported as  . 

ω

2

Baseline climbing latency and climbing height were likewise aggregated in Excel at the 

Unique Cohort level using arithmetic means and then imported into JASP. Each outcome was 
analyzed separately using a one-way ANOVA with genotype as the factor. Homogeneity of 
variance was assessed using Levene’s test, and residual distributions were inspected using Q–Q 
plots. Because the homogeneity-of-variance assumption was violated for climbing latency, 
Welch’s one-way ANOVA was used for that outcome; the standard one-way ANOVA was used 
for climbing height. 

Abort and success outcomes were also summarized in Excel using PivotTables with 

Unique Cohort as rows and uncertainty condition as columns. Because these variables were 
coded 0/1, their cohort-level means represented event proportions. A binomial generalized linear 
mixed model was evaluated for abort using genotype and uncertainty as fixed effects and Unique 
Cohort as a random intercept. The model produced a singular fit with the cohort-level 
random-intercept variance estimated as zero, so its inferential results were not interpreted. 
Success showed a strong ceiling effect, including 100% success across all cohorts in the Easy 
condition. Abort and success were therefore reported descriptively using cohort-level 
proportions. 

Missing latency observations were treated as missing rather than as zero and were 

excluded from the corresponding cohort-level mean calculations. 

 

2.8. Safety and disposal  

 

All experiments followed standard laboratory safety protocols. Proper personal protective 

equipment was worn at all times. Flies were euthanized in a -20°C freezer and disposed of in 
accordance with biohazard waste guidelines.  

 

2.9. AI assistance  

 

I acknowledge the use of ChatGPT (GPT-5.6 Sol, OpenAI, https://chatgpt.com/) to refine 

the language and organization of the manuscript and to proofread the final draft.  
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

3. Results 

 

3.1. Behavioral latency and baseline locomotion 

(a) 

 

(b) 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

(c) 

 

(d) 

 

Fig. 1. 

Behavioral latency and baseline locomotion across uncertainty conditions and genotypes. (a) Mean decision 

latency across Easy, Medium, and Hard uncertainty conditions for 29BD > Kir2.1, Gal4-29BD, UAS-Kir2.1, and 
wild-type cohorts. Decision latency remained relatively stable across uncertainty conditions in 29BD > Kir2.1 
cohorts, whereas all three control genotypes showed increasing latency as uncertainty increased. (b) Mean checking 
latency across uncertainty conditions. Checking latency similarly remained relatively stable in 29BD > Kir2.1 
cohorts but increased progressively across uncertainty conditions in the three control genotypes. (c) Mean baseline 
climbing latency across genotypes under standardized visual conditions. (d) Mean baseline climbing height across 
genotypes under standardized visual conditions. Points represent genotype means calculated from five independent 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

cohort means per genotype, and error bars represent 95% confidence intervals across cohorts. Baseline climbing 
latency and climbing height did not significantly differ among genotypes.  

 

 

Decision and checking latencies showed distinct uncertainty-dependent patterns across 

genotypes (Fig. 1a–b). In 29BD > Kir2.1 cohorts, mean decision latency remained nearly 
unchanged across the Easy (2.846 s), Medium (2.882 s), and Hard (2.888 s) conditions. In 
contrast, decision latency increased with uncertainty in each control genotype, from 2.895 to 
3.693 s in Gal4-29BD cohorts, from 2.905 to 3.893 s in UAS-Kir2.1 cohorts, and from 2.816 to 
3.781 s in wild-type cohorts. 

Checking latency showed a similar pattern. Mean checking latency in 29BD > Kir2.1 

cohorts remained relatively stable across Easy (1.676 s), Medium (1.713 s), and Hard (1.720 s) 
conditions. In contrast, checking latency increased from 1.673 to 2.786 s in Gal4-29BD cohorts, 
from 1.741 to 3.129 s in UAS-Kir2.1 cohorts, and from 1.553 to 2.783 s in wild-type cohorts as 
uncertainty increased. These descriptive patterns are consistent with reduced 
uncertainty-dependent modulation of both decision and checking latency following mushroom 
body silencing. 

Baseline locomotor performance was comparatively similar across genotypes (Fig. 1c–d). 

Mean baseline climbing latency ranged from 6.780 s in 29BD > Kir2.1 cohorts to 7.112 s in 
wild-type cohorts, while mean climbing height ranged only from 8.065 to 8.073 cm across 
genotypes. The inferential analyses presented in Section 3.3 showed no significant genotype 
effect for either baseline measure, supporting the conclusion that the uncertainty-dependent 
latency differences were unlikely to be attributable to generalized locomotor impairment.

 

 

3.2. Repeated-measures ANOVA results

 

Outcome 

Effect 

df 

 

ω

2

Decision 

Latency 

Uncertainty 

1.403, 22.455  64.152 

< .001 

.653 

Genotype 

3, 16 

8.627 

.001 

.252 

Uncertainty 

 Genotype 

×

4.210, 22.455  6.732 

< .001 

.203 

Checking 

Latency 

Uncertainty 

2, 32 

137.950 

< .001 

.726 

Genotype 

3, 16 

9.818 

< .001 

.280 

Uncertainty 

 Genotype 

×

6, 32 

14.620 

< .001 

.323 

Table 1. 

Repeated-measures ANOVA results for decision and checking latency. Mixed-design repeated-measures 

ANOVAs were conducted with uncertainty condition as the within-cohort factor and genotype as the between-cohort 
factor. Greenhouse–Geisser-corrected degrees of freedom are reported for decision latency because Mauchly’s test 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

indicated a violation of sphericity. Sphericity was satisfied for checking latency; therefore, uncorrected degrees of 
freedom are reported. Effect sizes are reported as omega squared ( ). 

 

ω

2

 

Decision latency was significantly affected by uncertainty level, 

F

(1.403, 22.455) = 

64.152, 

p

 < .001,   = .653, and genotype, 

F

(3, 16) = 8.627, 

p

 = .001,   = .252 (Table 1). 

ω

2

ω

2

Importantly, the uncertainty × genotype interaction was also significant, 

F

(4.210, 22.455) = 

6.732, 

p

 < .001,   = .203, indicating that the effect of increasing visual uncertainty on decision 

ω

2

latency differed across genotypes. Mauchly’s test indicated that the assumption of sphericity was 
violated, 

W

 = .575, 

p

 = .016; therefore, Greenhouse–Geisser-corrected statistics are reported. 

Follow-up simple-main-effects analyses showed that uncertainty significantly affected 

decision latency in Gal4-29BD (

p

 = .001), UAS-Kir2.1 (

p

 < .001), and wild-type (

p

 = .002) 

cohorts, but not in mushroom body-silenced 29BD > Kir2.1 cohorts (

p

 = .190). Holm-adjusted 

conditional comparisons further showed no significant differences among Easy, Medium, and 
Hard conditions in 29BD > Kir2.1 cohorts (all 

 = 1.000). In contrast, all three control 

genotypes showed significant increases in decision latency across uncertainty conditions. Under 
the Easy condition, no significant differences were observed among genotypes. Under the Hard 
condition, however, 29BD > Kir2.1 cohorts exhibited significantly shorter decision latencies than 
Gal4-29BD, UAS-Kir2.1, and wild-type cohorts (all 

 < .001), while the control genotypes 

did not significantly differ from one another. 

Checking latency showed a similar but stronger genotype-dependent response. There was 

a significant main effect of uncertainty, 

F

(2, 32) = 137.950, 

p

 < .001,   = .726, as well as a 

ω

2

significant main effect of genotype, 

F

(3, 16) = 9.818, 

p

 < .001,   = .280 (Table 1). The 

ω

2

uncertainty × genotype interaction was also significant, 

F

(6, 32) = 14.620, 

p

 < .001,   = .323, 

ω

2

demonstrating that changes in checking latency across uncertainty conditions differed by 
genotype. Mauchly’s test indicated that the assumption of sphericity was satisfied, 

W

 = .950, 

p

 = 

.681; therefore, uncorrected degrees of freedom are reported. 

Simple-main-effects analyses showed that uncertainty significantly affected checking 

latency in Gal4-29BD, UAS-Kir2.1, and wild-type cohorts (all 

p

 < .001), but not in 29BD > 

Kir2.1 cohorts (

p

 = .166). Holm-adjusted conditional comparisons showed no significant 

differences among Easy, Medium, and Hard conditions in 29BD > Kir2.1 cohorts  
(all 

 = 1.000). In contrast, checking latency increased significantly across uncertainty 

conditions in each control genotype. Under the Easy condition, no significant genotype 
differences were observed. Under the Hard condition, 29BD > Kir2.1 cohorts exhibited 
significantly shorter checking latencies than Gal4-29BD, UAS-Kir2.1, and wild-type cohorts (all 

 < .001), whereas the three control genotypes did not significantly differ from one another. 

Descriptive means further illustrate these interactions. Mean decision latency in 29BD > 

Kir2.1 cohorts remained nearly unchanged from the Easy (2.846 s) to Medium (2.882 s) and 
Hard (2.888 s) conditions. In contrast, decision latency increased from 2.895 to 3.693 s in 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Gal4-29BD cohorts, from 2.905 to 3.893 s in UAS-Kir2.1 cohorts, and from 2.816 to 3.781 s in 
wild-type cohorts from Easy to Hard conditions. Checking latency showed the same pattern: 
29BD > Kir2.1 cohorts remained relatively stable across Easy (1.676 s), Medium (1.713 s), and 
Hard (1.720 s) conditions, whereas checking latency increased from 1.673 to 2.786 s in 
Gal4-29BD cohorts, from 1.741 to 3.129 s in UAS-Kir2.1 cohorts, and from 1.553 to 2.783 s in 
wild-type cohorts. Together, these results indicate that control cohorts progressively increased 
both decision and checking latency as visual uncertainty increased, whereas mushroom 
body-silenced cohorts showed substantially reduced uncertainty-dependent modulation of both 
behavioral measures.

 

 

3.3. Baseline locomotion analyses across genotypes 

(a)

 

Genotype 

Mean (s) 

SD 

29BD > Kir2.1  6.780 

0.143 

Gal4-29BD 

6.790 

0.691 

UAS-Kir2.1 

6.809 

0.408 

WT 

7.112 

0.753 

(b)

 

Genotype 

Mean (cm) 

SD 

29BD > Kir2.1  8.065 

0.008 

Gal4-29BD 

8.067 

0.005 

UAS-Kir2.1 

8.066 

0.004 

WT 

8.073 

0.010 

Table 2. 

Baseline locomotion performance across genotypes. (a) Mean climbing latency under standardized visual 

conditions. Values are presented as mean ± SD across five independent cohorts per genotype. Levene’s test indicated 
unequal variances, 

F

(3, 16) = 3.437, 

p

 = .042; therefore, Welch’s one-way ANOVA was used. Climbing latency did 

not differ significantly across genotypes, Welch’s 

F

(3, 7.395) = 0.267, 

p

 = .847. (b) Mean climbing height under 

standardized visual conditions. Homogeneity of variance was satisfied, Levene’s 

F

(3, 16) = 1.370, 

p

 = .288. A 

one-way ANOVA showed no significant effect of genotype on climbing height, 

F

(3, 16) = 1.306, 

p

 = .307,  

 = .044. Together, these analyses showed no evidence of genotype-related baseline locomotor impairment. 

 

ω

2

 

 
Baseline locomotor performance was comparable across genotypes, indicating that the 

reduced uncertainty-dependent modulation observed in 29BD > Kir2.1 cohorts was unlikely to 
result from generalized locomotor impairment.  

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

3.4. Abort and success outcomes

 

(a)

 

Genotype 

Easy 

Medium 

Hard 

29BD > Kir2.1 

0.000 

0.000 

0.020 

Gal4-29BD 

0.000 

0.090 

0.130 

UAS-Kir2.1 

0.000 

0.080 

0.150 

WT 

0.000 

0.090 

0.110 

(b)

 

Genotype 

Easy 

Medium 

Hard 

29BD > Kir2.1 

1.000 

0.960 

0.930 

Gal4-29BD 

1.000 

0.880 

0.730 

UAS-Kir2.1 

1.000 

0.860 

0.720 

WT 

1.000 

0.860 

0.700 

Table 3.

 Cohort-level abort and success proportions across uncertainty conditions and genotypes. (a) Mean abort 

proportions and (b) mean success proportions calculated across five independent cohorts per genotype. Binary 
outcomes were summarized descriptively because abort data were sparse and the binomial mixed-effects model 
produced a singular fit with cohort-level random-intercept variance estimated as zero. Success data exhibited a 
strong ceiling effect, including 100% success across all cohorts in the Easy condition, limiting stable inferential 
modeling. Accordingly, no inferential statistical comparisons are reported for these binary outcomes.  

 

Abort and success outcomes were summarized descriptively at the cohort level because 

their distributions did not support reliable mixed-effects inference. Abort events were absent 
across all genotypes in the Easy condition and remained rare in 29BD > Kir2.1 cohorts as 
uncertainty increased, with mean abort proportions of 0.000, 0.000, and 0.020 under Easy, 
Medium, and Hard conditions, respectively (Table 3a). In contrast, mean abort proportions under 
the Hard condition reached 0.130 in Gal4-29BD, 0.150 in UAS-Kir2.1, and 0.110 in wild-type 
cohorts. 

Success remained at 1.000 across all genotypes in the Easy condition (Table 3b). Under 

increasing uncertainty, success declined more substantially in the control genotypes, reaching 
mean proportions of 0.730 in Gal4-29BD, 0.720 in UAS-Kir2.1, and 0.700 in wild-type cohorts 
under the Hard condition. In comparison, 29BD > Kir2.1 cohorts maintained a mean success 
proportion of 0.930 under the Hard condition. Because these binary outcomes were characterized 
by sparse events and ceiling effects, these differences are presented descriptively and should not 
be interpreted as statistically established genotype effects. 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

4. Discussion 

This study investigated whether 

Drosophila melanogaster

 exhibits uncertainty-dependent 

behavioral responses and whether mushroom body activity contributes to these behaviors. 
Wild-type and parental control flies showed progressively longer decision and checking latencies 
as visual uncertainty increased, whereas mushroom body-silenced flies displayed comparatively 
little modulation across conditions. Together, these findings suggest that 

Drosophila

 behavior is 

sensitive to changes in the reliability of environmental information and that mushroom body 
neurons contribute to uncertainty-dependent behavioral regulation. 

The observed increases in decision and checking latency under high uncertainty are 

consistent with behavioral patterns associated with uncertainty monitoring in other species. 
Previous studies in vertebrates and non-primate animals have shown that organisms often 
hesitate, delay responding, or engage in information-seeking behaviors when faced with 
uncertain conditions (Qu et al., 2023; Smith et al., 2012). In the present study, flies exposed to 
reduced visual contrast displayed longer hesitation periods before sustained climbing, suggesting 
increased difficulty evaluating environmental cues. These findings support the possibility that 
relatively simple nervous systems are capable of generating behaviors resembling 
uncertainty-sensitive decision making. 

Importantly, mushroom body silencing altered these behavioral responses without 

impairing baseline locomotor performance. Mushroom body-silenced flies exhibited 
comparatively stable decision and checking latencies across uncertainty conditions, while control 
groups showed substantial latency increases under high uncertainty. Baseline climbing latency 
and climbing height remained consistent across genotypes, indicating that the observed 
behavioral differences were unlikely to result from motor deficits. Since the mushroom body is 
known to integrate sensory information and guide adaptive behavior (Aso et al., 2014; Cheong et 
al., 2020), these findings suggest that mushroom body activity may contribute to evaluating or 
responding to uncertain sensory environments. 

Abort and success outcomes provided additional descriptive evidence of behavioral 

changes across uncertainty conditions, although their distributions did not support reliable 
mixed-effects inference. Abort events were absent in the Easy condition and became more 
frequent under greater uncertainty in the control cohorts, whereas abort behavior remained 
comparatively rare in 29BD > Kir2.1 cohorts. Similarly, success remained at ceiling under the 
Easy condition but declined under greater uncertainty in the control genotypes, while remaining 
comparatively high in mushroom body-silenced cohorts. Because abort events were sparse and 
success outcomes exhibited strong ceiling effects, these patterns should be interpreted 
descriptively rather than as statistically established genotype effects. The greater sensitivity and 
statistical stability of the latency measures suggest that continuous behavioral measures may be 
particularly useful for examining uncertainty-dependent modulation in this paradigm. 

 
 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

One major challenge in animal metacognition research is distinguishing uncertainty 

monitoring from associative learning explanations (Smith et al., 2012). In many vertebrate 
paradigms, animals may learn fixed stimulus-response associations rather than dynamically 
evaluate uncertainty during decision making. Several aspects of the present design help mitigate, 
although not fully eliminate, this interpretative concern. First, uncertainty was manipulated 
gradually through visual contrast conditions rather than through explicit reward contingencies, 
reducing the likelihood that flies relied solely on reinforced stimulus-response rules. Second, 
behavioral measures included continuous latency-based variables, including decision latency and 
checking latency, rather than binary choice outcomes alone. These latency measures allowed 
detection of graded hesitation behaviors that scaled with uncertainty level. Third, mushroom 
body silencing reduced uncertainty-dependent modulation of both decision and checking latency 
while baseline locomotion remained intact, suggesting that the observed effects were not simply 
driven by generalized motor deficits. Although associative mechanisms cannot be entirely 
excluded, the present findings support the interpretation that flies dynamically adjusted their 
behavior in response to uncertainty-related sensory ambiguity. 

Several limitations should be considered when interpreting these findings. First, the 

observed behavioral changes are consistent with uncertainty-sensitive processing but do not by 
themselves demonstrate metacognition. Alternative mechanisms, including changes in visual 
processing, motivation, sensory integration, or action selection, could also contribute to the 
observed latency patterns. Second, the present study used a relatively small number of 
independent cohorts, with five cohorts per genotype, which may limit the precision and 
generalizability of the estimated effects. Third, abort and success outcomes were characterized 
by sparse events and ceiling effects, preventing reliable inferential analysis of these measures. 
Finally, the present paradigm manipulates uncertainty through visual contrast alone; future 
studies using additional sensory modalities, alternative uncertainty manipulations, and 
complementary neural manipulations would help determine whether the observed effects 
generalize beyond the current assay.  

Overall, this study provides evidence consistent with uncertainty-sensitive behavioral 

modulation in 

Drosophila melanogaster

 and suggests that mushroom body neurons contribute to 

these responses. Although the observed latency patterns do not by themselves establish 
metacognition, they indicate that flies adjust their behavior in response to changes in sensory 
uncertainty and that this adjustment is reduced following mushroom body silencing. These 
findings support the use of 

Drosophila

 as a tractable model for investigating the neural 

mechanisms underlying uncertainty-related behavioral regulation and adaptive decision-making. 
More broadly, this model may help clarify how compact neural circuits integrate uncertain 
sensory information and how disruption of these processes may alter flexible behavior.  

 
 
 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

5. Conclusion 

 

This study provides evidence of uncertainty-dependent behavioral modulation in 

Drosophila melanogaster

 and suggests that mushroom body neurons contribute to these 

responses. As visual uncertainty increased, wild-type and parental control flies showed longer 
decision and checking latencies, whereas mushroom body-silenced flies displayed reduced 
behavioral adjustment across conditions. Importantly, baseline locomotion remained intact across 
genotypes, suggesting that these effects were unlikely to be explained by generalized motor 
impairment. Together, these findings suggest that relatively simple neural systems may support 
uncertainty-sensitive processing and establish 

Drosophila 

as a promising model for investigating 

the neural mechanisms underlying uncertainty monitoring and higher-order cognition. 

 

 

Statement of Novelty  

 

To the best of our knowledge, this study is among the first to directly investigate 

uncertainty-sensitive behavioral modulation and its association with mushroom body function in 

Drosophila melanogaster

. The findings show that increasing visual uncertainty alters behavioral 

latency responses and that mushroom body silencing reduces uncertainty-dependent modulation 
of both decision and checking behavior. These results provide novel evidence consistent with 
metacognitive-like behavioral processes in an organism with a compact nervous system, while 
not excluding alternative associative or sensory explanations. 

 

Credit Authorship Contribution Statement 

 

Jacob Hoppa: 

Funding acquisition, Conceptualization, Methodology, Resources, Data 

curation, Formal analysis, Writing – original draft, Writing – review & editing. 

 

Declaration of Competing Interests 

 

The author declares that there were no competing interests that might have affected the 

work in this paper.

 

 

Acknowledgments 

 

This study was supported by the Academies of Science research program of the 

Academies of Loudoun in the United States.  
 

Grant Information 

The author declares that no grants were involved in supporting this work.  

 

Supporting information 

All supplementary data used in this article can be found in Zenodo 

(

https://doi.org/10.5281/zenodo.21962583

). 

 

 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

References 

 

Aso, Y., Sitaraman, D., Ichinose, T., Kaun, K. R., Vogt, K., Belliart-Guérin, G., Plaçais, P.-Y., 

Robie, A. A., Yamagata, N., Schnaitmann, C., Rowell, W. J., Johnston, R. M., Ngo, T.-T. 

B., Chen, N., Korff, W., Nitabach, M. N., Heberlein, U., Preat, T., Branson, K. M., & 

Tanimoto, H. (2014). Mushroom body output neurons encode valence and guide 

memory-based action selection in Drosophila. 

ELife

3

https://doi.org/10.7554/elife.04580 

Ayomide Victor Atoki, Aja, P. M., Tijjani Salihu Shinkafi, Ondari, E. N., Adeniyi, A. I., 

Ilemobayo Victor Fasogbon, Dangana, R. S., Shehu, U. U., & Akinpelumi 

Akin-Adewumi. (2024). Exploring the versatility of 

Drosophila melanogaster

 as a model 

organism in biomedical research: a comprehensive review. 

Fly

19

(1). 

https://doi.org/10.1080/19336934.2024.2420453 

Barron, A. B., & Mourmourakis, F. (2023). The Relationship between Cognition and Brain Size 

or Neuron Number. 

Brain Behavior and Evolution

99

(2), 109–122. 

https://doi.org/10.1159/000532013 

Beran, M. (2019). Animal metacognition: A decade of progress, problems, and the development 

of new prospects. 

Animal Behavior and Cognition

6

(4), 223–229. 

https://doi.org/10.26451/abc.06.04.01.2019 

Cheong, H. S., Siwanowicz, I., & Card, G. M. (2020). Multi-regional circuits underlying visually 

guided decision-making in Drosophila. 

Current Opinion in Neurobiology

65

, 77–87. 

https://doi.org/10.1016/j.conb.2020.10.010 

Fleming, S. M., & Lau, H. C. (2014). How to measure metacognition. 

Frontiers in Human 

Neuroscience

8

(1). https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.00443 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Fleur, D. S., Bredeweg, B., & van den Bos, W. (2021). Metacognition: ideas and insights from 

neuro- and educational sciences. 

Npj Science of Learning

6

(1), 1–11. 

https://doi.org/10.1038/s41539-021-00089-5 

Garcia-Cordero, I., Migeot, J., Fittipaldi, S., Aquino, A., Campo, C. G., García, A., & Ibáñez, A. 

(2021). Metacognition of emotion recognition across neurodegenerative diseases. 

Cortex

137

, 93–107. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2020.12.023 

Koon, A. C., & Chan, H. Y. E. (2017). Drosophila melanogaster As a Model Organism to Study 

RNA Toxicity of Repeat Expansion-Associated Neurodegenerative and Neuromuscular 

Diseases. 

Frontiers in Cellular Neuroscience

11

https://doi.org/10.3389/fncel.2017.00070 

Martinez-Cervantes, J., Shah, P., Phan, A., & Cervantes-Sandoval, I. (2022). Higher-order 

unimodal olfactory sensory preconditioning in Drosophila. 

ELife

11

https://doi.org/10.7554/elife.79107 

Rivi, V., Benatti, C., Rigillo, G., & Maria, J. (2023). Invertebrates as models of learning and 

memory: investigating neural and molecular mechanisms. 

The Journal of Experimental 

Biology

226

(3). https://doi.org/10.1242/jeb.244844 

Qu, Z., Shi, L., Chun, B., Yin, J., & Sze Chai Kwok. (2023). Uncertainty monitoring and 

information seeking in non-primate animals: Meta-analysis and systematic review. 

Frontiers in Ethology

2

. https://doi.org/10.3389/fetho.2023.1246370 

Smith, J. D., Couchman, J. J., & Beran, M. J. (2012). The highs and lows of theoretical 

interpretation in animal-metacognition research. 

Philosophical Transactions of the Royal 

Society B: Biological Sciences

367

(1594), 1297–1309. 

https://doi.org/10.1098/rstb.2011.0366 

Hoppa_2026-html.html
background image

 

Stanton, J. D., Sebesta, A. J., & Dunlosky, J. (2021). Fostering metacognition to support student 

learning and performance. 

CBE—Life Sciences Education

20

(2). 

https://doi.org/10.1187/cbe.20-12-0289