Method Article

المتحولة الإدراج المبكر لتكنولوجيا الطيران سلوك الحشرات الرصد

DOI:

10.3791/50901

⸱

July 12th, 2014

 ,  , 
1Department of Electrical and Computer Engineering, North Carolina State University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نقدم إجراء جراحيا جديدا لزرع أقطاب كهربائية في ماندوكا سكستا خلال مراحل التحول المبكرة. تسمح هذه التقنية بالاقتران المستقر ميكانيكيا والموثوق كهربائيا مع الأنسجة العصبية العضلية لدراسة ديناميكيات الفيزيولوجيا العصبية للطيران. نقدم أيضا منصة رفع مغناطيسية جديدة للدراسات المربوطة للانعراج الحشري.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقنية إدخال التحول المبكر (EMIT) هي منهجية جديدة لدمج منصات التسجيل والتشغيل العصبية العضلية الدقيقة على الحشرات أثناء تطورها المتحول. هنا ، يتم دمج الغرسات داخل بنية ووظيفة الجهاز العصبي العضلي نتيجة لإعادة تشكيل الأنسجة المتحولة. تظهر الغرسات مع الحشرة حيث يؤدي نمو الأنسجة حول الإلكترونيات أثناء نمو العذراء إلى واجهة أنسجة محسنة كهربائيا حيويا وميكانيكيا حيويا. ستكون هذه الواجهة الأكثر موثوقية واستقرارا نسبيا مفيدة للعديد من الباحثين الذين يستكشفون الأساس العصبي لحركة الحشرات مع تخفيف الآثار المؤلمة الناتجة أثناء عمليات الإدخال في مرحلة البالغين. في هذه المقالة ، نقوم بزرع أقطاب كهربائية في عضلات الطيران غير المباشرة في Manduca sexta. تقع هذه العضلات الرئيسية في الظهر والصدر ، وهي تشغل العضلات الظهرية البطينية والظهرية الطولية الأجنحة وتزود القوة الميكانيكية للضربات لأعلى ولأسفل. تم التحقيق في الانكماش النسبي لهاتين المجموعتين العضليتين لاستكشاف كيفية تنسيق مناورة الانعراج من الناحية الفيزيولوجية العصبية. لتوصيف ديناميكيات الطيران ، غالبا ما يتم ربط الحشرات بالأسلاك ويتم تسجيل رحلتها بكاميرات رقمية. قمنا أيضا بتطوير طريقة جديدة لربط Manduca sexta على إطار مرفوع مغناطيسيا حيث يتم توصيل الحشرة بمكبر صوت عصبي لاسلكي متاح تجاريا. يمكن استخدام هذا الإعداد للحد من درجة الحرية في الانعراج "فقط" أثناء نقل إشارات تخطيط كهربية العضل ذات الصلة من مجموعات العضلات الظهرية البطنية والظهرية الطولية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

إدراج الأقطاب، حتى مع تعلق الأنظمة الإلكترونية للحشرات لتطبيقات القياس عن بعد وقد تم تسجيل، وهي طريقة رئيسية لفهم كيفية عمل النظم العصبية أثناء الطيران الطبيعية 1. ربط أو زرع أنظمة اصطناعية في الحشرات قد طرحت العديد من التحديات التي تنطوي على إمكانية زعزعة الرحلة الطبيعية للحشرة. مرفق سطحية أو الإدراج الجراحية للمنصات الاصطناعي على الحشرة الكاملة لا يمكن الاعتماد عليها بسبب التحول ممكن من الأجهزة إدراج الناجمة عن الإجهاد بالقصور الذاتي والقوات التي يسببها الجسم. تعلق بشكل سطحي أو أقطاب إدراج جراحيا هي أيضا عرضة للرفض من قبل الحشرات كهيئة الأجنبية. علاوة على ذلك، يتطلب عملية زرع إزالة القشور وأكوام حول الهيكل الخارجي.....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ملاحظة: يتم توفير مصدر المواد والكواشف اللازمة لاتباع البروتوكول في "الكواشف" الجدول أدناه.

1. إعداد لوحات الدوائر المطبوعة (الكلور) للاتصال تسجيل الكهربائي

ملاحظة: من أجل توفير إجراء التجارب العملية، يتم ملحوم أقطاب الأسلاك لثنائي الفينيل متعدد الكلور لإدراج هذه الأقطاب الكهربائية إلى موصل الأولى للتمويل (كابلات مسطحة مرنة).

  1. قطع قطعة 0.5x5 سم 2 من النحاس يرتدون صفح.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويرد التخطيطي الإجراء تنبعث الشاملة في الشكل 1، والتي تبين المراحل الرئيسية في دورة المتحولة في hawkmoth والخطوات القطب الإدراج المقابلة. يجب أن يتم تنفيذ الإدراج القطب في مرحلة العذراء في وقت متأخر قبل 4-7 أيام eclosion. وهذا يسمح للألياف العضلات في جميع أنحاء لتطوير الأقطاب وتأمين عملية الزرع في الحشرات.

يظهر نتيجة نموذجية من مرحلة العذراء أواخر الإدراج الانتهاء حيث تم إدراج اثنين من الأقطاب ال.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وهناك العديد من الخطوات الحاسمة خلال الإدراج الجراحي للأقطاب تسجيل التي تؤثر على القدرة على تسجيل البيانات في خطوات لاحقة من البروتوكول. ينبغي إدراج الأقطاب تسجيل في خادرة بعد يوم واحد واظهار البقع الجناح على الجانب الظهري لها. إذا أجري الإدراج بعد يومين أو أكثر هذه المرة، سوف الأنسجة الحشرة يكن لديك ما يكفي من الوقت لتطوير وتحقيق الاستقرار في جميع أنحاء الأقطاب المدرجة. هذا يمكن أن يؤدي إلى حركة أقطاب كهربائية مزروعة وتسجيلات يمكن الاعتماد عليها في مرحلة البلوغ.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون ليس لديهم تضارب في المصالح في هذه الدراسة.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

AB بامتنان المؤسسة الوطنية للعلوم لتمويل في إطار برنامج سايبر سيستمز الفيزيائية (1239243) وشعبة الجامعية التعليم (1245680)؛ وكالة البحوث المتقدمة الدفاع المشروع (DARPA) لدعم المراحل السابقة من هذا العمل. تم تنفيذ المراحل السابقة من هذا العمل في مختبر البروفيسور AB أميت لال في جامعة كورنيل. AB بفضل Ayesa سينها والبروفيسور لال لتوجيهات التجريبية وتوليد الفكرة في تلك المرحلة. ماندوكا سيكستا (لينيوس 1763) تم الحصول عليها من مستعمرة يحتفظ بها قسم الأحياء في جامعة ديوك، دورهام، كارولينا الشمالية، الولايات المتحدة الأمريكية. واستخدمت العث في غضون 5 أيام من eclosion. نود أن نشكر المثلث النظم البيولوجية الدولية، وخاصة ديفيد Jur....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
أسلاك الفولاذ المقاوم للصدأ المطليةأنظمة AM7919000.008 ' ’ عارية، 0.011 ' ’
القطب الكهربائي المرنLitz أو سلك المحرض.
موصل FFC مثبت على السطحموصل هيروزFH28E-20S-0.5SH (05)
ملاقطGrobet USAنظيفة مع 70٪ كحول قبل الاستخدام على الحشرة.
مناديل كيم المبللةكيمبرلي كلارك في جميع أنحاء العالم34155يمكن استخدام المناديل الرقيقة بأي حجم.
شريطبعرض 5 مم شريط تفلون.
إبرة تحت الجلدبيكتون ديكنسون وشركاه3051120-30 جم إبرة تحت الجلد. أظهر الفيديو 30 جرام.
عصايمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد ( على سبيل المثال < / em>.، أدوات تقليب القهوة)
قفصقفص بلاستيكي للحيوانات الأليفة مبطن بورق التعبئة أو حشوة مماثلة. هناك حاجة إلى فتحات تهوية.
الكي الحراريAdvanced Meditech InternationalCH-HI CT2103 (طرف) المعداتالاختيارية المستخدمة لتطبيق شمع الأسنان.
شمع الأسنانتقويم العظام LC. ، Broken Arrow ، أوكلاهومامادة اختيارية تستخدم لتثبيت الأقطاب الكهربائية على الحشرة.
الرفع المغناطيسيإطار مصمم خصيصا مصنوع في المنزل مع نماذج أولية ثلاثية الأبعاد.
يمكن استخدام سلك المطلي أو الملدن تفلون تثبيت صلبة ظهور الحشرات منصة

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Taubes, G. Biologists and engineers create a new generation of robotics that imitate life. Science. 288 (7), 80-83 (2000).
  2. Duch, C., Bayline, R. J., Levine, R. B. Postembryonic development of the dorsal longitudinal fligh....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Early Metamorphic Insertion TechnologyInsect Flight Behavior MonitoringElectromyography RecordingIndirect Flight MusclesManduca sextaMetamorphic Tissue RemakingNeuromuscular Recording PlatformsMagnetically Levitating FrameWireless Neural AmplifierDorsoventral Muscles

Related Articles