Tecnología de Inserción Metamórfica temprana para insectos de vuelo Supervisión del comportamiento

Hola, soy Alex Derber del laboratorio del Dr. Albert Bos. Soy el Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. Hoy vamos a demostrar un novedoso procedimiento quirúrgico para implantar electrodos en el sexo maníaco durante las primeras etapas metamórficas.

En este procedimiento, que se denomina tecnología de inserción metamórfica temprana, los electrodos implantados se integran en el tejido del insecto durante la etapa metamórfica de la pupila. Un beneficio importante de este procedimiento es que da como resultado un acoplamiento mecánicamente estable y eléctricamente confiable con el tejido neuromuscular y permite el estudio de la neurofisiología de vuelo del insecto. En la fase adulta, IC Mensa se somete a un ciclo de vida metamórfico que dura unos 40 días.

Mensa comienza su ciclo de vida en una etapa de huevo. Después de siete a 10 días, la larva habrá eclosionado y alcanzado la etapa larvaria de la tercera estrella. Hay un total de cinco etapas de larvas estrella, y en cada una de estas etapas, las larvas se someten a recolección de energía y crecimiento.

Cinco o seis días después de la quinta etapa larvaria, el insecto entrará en la etapa de pupila temprana. Durante la etapa pupilar, se produce un amplio programa de degeneración y posterior regeneración de los tejidos de los insectos. En preparación para emerger como polilla adulta, el insecto pasa de 17 a 19 días.

En la etapa de la pupila temprana, antes de entrar en la etapa de la pupila tardía, durante la etapa de la pupila tardía, insertamos quirúrgicamente un electrodo conductor de electricidad en el tórax dorsal de la pupila. El tejido se desarrolla alrededor de los electrodos implantados y asegura su fijación al cuerpo del insecto. En el transcurso de unos días, los electrodos insertados en el tórax de la pupila, emergen como parte del cuerpo del insecto en la etapa adulta final como una polilla, aprovechando así la reconstrucción de todo el sistema de tejidos del insecto.

Durante el desarrollo metamórfico, los electrodos se implantan en los músculos de vuelo indirecto en el tórax. Estos grupos musculares indirectamente responsables del movimiento de las alas son los músculos dorsal, ventral y dorsal longitudinal. Aquí demostraremos la inserción de un electrodo en los músculos ventrales dorsales, indirectamente responsable de la elevación del ala.

Con esta inserción, registraremos de forma inalámbrica el electromiograma de los músculos dorsales ventrales durante el movimiento. Como el insecto está suspendido por una plataforma levitada electromagnéticamente dentro de una arena LED, eso estimula el movimiento. El procedimiento para la tecnología de inserción de metamorfosis temprana comienza con la construcción de una placa de circuito impreso que se utilizará como interfaz entre los electrodos insertados y la instrumentación de registro.

Los electrodos de alambre se sueldan en la placa de circuito impreso, que está conectada en un conector de cable plano y flexible. Para empezar, mida y corte una pieza cuadrada de 0,5 por cinco centímetros de laminado revestido de cobre con una punta fina, un rotulador permanente, y unas tijeras con la misma punta fina, el rotulador permanente. Dibuja tres almohadillas cuadradas de 0,1 por cinco centímetros como patrones de máscara de grabado.

Use un dispositivo de borde recto, como una regla, para hacer las marcas a lo largo de toda la longitud del corte de laminado de cobre. Asegúrese de que las marcas estén en negrita y no se superpongan entre sí. Si las líneas de marca se superponen entre sí, los electrodos se cortocircuitarán.

Al realizar la conexión al conector de cable plano y flexible, inutilizando las placas, lleve el recorte de laminado de cobre a un área ventilada, preferiblemente con la campana extractora para grabar las marcas en el laminado de cobre. Tenga cuidado al manipular el grabado de la placa de circuito impreso, ya que es tóxico. Si se ingiere o se traga y puede irritar la piel al contacto, coloque la cinta de teflón en un extremo del recorte de laminado de cobre que cubre aproximadamente un centímetro a lo largo.

A continuación, fije el recorte de laminado de cobre al interior de un vaso de precipitados graduado con cinta adhesiva de modo que la mitad de la tira de laminado de cobre quede sumergida en el grabado. Coloque el vaso de precipitados en una plataforma giratoria durante 20 minutos. Retire el laminado de cobre grabado del vaso de precipitados y colóquelo en un vaso de precipitados lleno de agua durante 10 minutos.

Para enjuagar el residuo, aplique alcohol isopropílico a un trozo de toallita delicada y limpie las marcas para exponer las almohadillas de cobre no grabadas. Elimina todo rastro del rotulador permanente. Corta la placa de circuito impreso en cuadrados más pequeños de aproximadamente un centímetro de largo.

Ahora que se han grabado las placas de circuito impreso, los electrodos deben estar preparados para su conexión. Se sugiere que estos pasos se realicen con la ayuda visual de un microscopio. Corte dos piezas de alambre de acero inoxidable recubierto y arrodillado con un diámetro de 0,11 pulgadas recubierto y 0,008 pulgadas desnudo con una cuchilla afilada, dos longitudes de tres centímetros cada una.

Estos trozos de alambre de acero inoxidable son los electrodos activos que se insertarán en el tórax del insecto. Con una cuchilla de afeitar, retire de cuatro a cinco milímetros de la capa de plástico de cada extremo de cada alambre. A continuación, corta.

Una pieza de 0,7 centímetros de alambre de acero inoxidable aislado para crear una extensión de punta para el electrodo de tierra. Retire suavemente el recubrimiento con la cuchilla de afeitar como se realizó en el paso anterior o derritalo con el calor de un soldador. A continuación, corta un trozo de alambre lititz de 4,5 centímetros de longitud.

El cable inductor también se puede utilizar para esta soldadura. La pieza de 0,7 centímetros de acero inoxidable previamente preparada se conecta al cable de conexión a tierra lititz. Una punta de acero inoxidable expuesta debe estar al final de la conexión a tierra.

Pegue la placa de circuito grabada al espacio de trabajo de soldadura con una cinta de teflón. Coloque la cinta sobre la placa de circuito de manera que uno o dos milímetros de las almohadillas permitan soldar los electrodos a la placa. Los extremos sin soldadura enmascarados de las almohadillas se insertarán en el conector FCC.

Alinee los tres cables de electrodos con cinta de teflón de modo que un extremo de cada uno se pueda soldar a las almohadillas correspondientes en la placa de electrodos. Los dos electrodos activos deben soldarse en las almohadillas cerca de los bordes de la placa. Los electrodos de tierra iluminados deben soldarse en la almohadilla central.

Aplique fundente de acero inoxidable a través de las almohadillas de electrodos para facilitar la soldadura. Tenga cuidado de evitar cortocircuitar las conexiones de las almohadillas aplicando demasiada soldadura. Sumerja los electrodos en acetona en alcohol isopropílico durante 10 minutos cada uno.

Para limpiar los residuos de soldadura. Las soluciones se pueden verter en platos o vasos de precipitados separados Para mejorar el rendimiento de la limpieza, puede colocar los electrodos en un baño ultrasónico durante la inmersión y las soluciones de limpieza. Los insectos estarán más activos durante las transiciones entre el día y la noche.

Por lo tanto, se debe establecer un ciclo artificial de día y noche dentro de una cámara de insectos utilizando temporizadores de salida automáticos. Estos deben configurarse para simular un ciclo de oscuridad de siete horas y un ciclo de luz de 17 horas. Examine el ojo de sexo manduka pu eye diariamente para determinar el tiempo de inserción apropiado.

Los ojos de pu están listos para su inserción aproximadamente un día después de las alas. Las inserciones de manchas oscuras son más exitosas cuando se realizan siete o cuatro días antes de cerrar aquí. El pu más oscuro en la parte inferior está listo para la inserción quirúrgica de los electrodos para anestesiar el pui.

Colócalos en el refrigerador a cuatro grados centígrados durante unas seis horas. A continuación, prepare la inserción del espacio de trabajo. El espacio de trabajo debe incluir alcohol isopropílico, pinzas afiladas, cuchillas en una aguja hipodérmica de calibre 30.

Como opción, se puede usar adhesivo de cianoacrilato para mejorar la fijación de los electrodos, esterilizar las pinzas de la aguja y los electrodos sumergiéndolos o limpiándolos con alcohol isopropílico. Retire la pupila del refrigerador después de seis horas y transfiérala al espacio de trabajo. Determine la ubicación en el tórax dorsal que corresponde al grupo muscular de interés.

Aquí estamos interesados en los músculos dorsales ventrales responsables del movimiento de las alas hacia arriba. Con una cuchilla afilada o una aguja hipodérmica, rasque suavemente un rectángulo cuadrado de uno por centímetro a través de la capa exo de la cutícula. Con las pinzas, despegue lentamente estos trozos.

Utilice las pinzas para eliminar el vello de las alas de la región expuesta del tórax. Opcionalmente se puede utilizar una aspiradora para ayudar en el proceso de limpieza. Es importante eliminar la mayor cantidad de vello posible para evitar interferir con los electrodos insertados.

Inserte lentamente la aguja unos cinco milímetros en el meso thax donde las alas se unen al tórax para crear dos puntos de inserción dirigidos al grupo muscular. Recuerde dónde están hechos los agujeros porque pueden ser difíciles de encontrar si se pierden. Estabilice la pupa en la mesa y use pinzas para guiar los dos electrodos de registro hacia los dos puntos de inserción como una opción para mejorar la durabilidad mecánica.

Limpie todo el vello alrededor de los electrodos y aplique generosamente el adhesivo ciano accolate alrededor de cada punto de inserción en el tórax con el aplicador de alambre. Prepare la jaula para ELO con un material rugoso y texturizado que cubra las paredes y el techo por el que el insecto podría trepar. Al emerger, se pueden utilizar cajas de cartón perforadas o papel de embalaje.

Prepara una fijación rígida. Palo con alrededor de seis centímetros de largo y dos milímetros de diámetro. Deslice con cuidado este palo a través del agujero debajo de los profesionales que sobresalen.

El plástico se agita. Se puede usar un hisopo de algodón o alambres de metal para este paso. Fije ambos lados del palo en la superficie de la jaula de manera que la pupa no pueda rodar.

Coloca la pupa dentro de la jaula de manera que el meso thax quede hacia arriba. Un movimiento extenso puede causar daños a los electrodos, pérdida de heli o inutilizar la inserción. El electrodo de tierra debe insertarse en el abdomen o en las partes distales del tórax.

Para evitar el acoplamiento de señales, la inserción de la disina se puede realizar durante las últimas etapas del desarrollo de la pupila o después de que emerja el insecto. El sitio de inserción del electrodo de tierra debe prepararse en esta etapa de la pupila para la inserción de la etapa de la pupila o la inserción de la etapa adulta. Aquí, en una etapa adulta, se demuestra la inserción de un electrodo de tierra.

Colóquelos en el refrigerador a cuatro grados centígrados durante seis horas. Para la inmovilización del tratamiento en frío, prepare el espacio de trabajo de inserción que incluya alcohol isopropílico, pinzas afiladas, una aguja hipodérmica de calibre 30, cian, un adhesivo criollo, un trozo de alambre para la aplicación de pegamento, un cauterizador térmico opcional en una barra de cera dental opcional. Al igual que antes, sumerja la aguja hipodérmica en el alcohol isopropílico antes de entrar en contacto con la polilla ubicada en un punto de inserción a aproximadamente uno o dos centímetros de distancia de los electrodos de registro a lo largo de la parte posterior del abdomen, inserte lentamente la aguja para perforar el abdomen y proporcionar un lado de inserción.

La aguja no debe penetrar más de cuatro milímetros. Si la hemofinfa emerge en el lado de la inserción, usted ha insertado la aguja demasiado lejos y es menos probable que el procedimiento sea exitoso. Con pinzas, inserte con cuidado el electrodo de tierra en el sitio de inserción y aplique presión hasta que tenga de tres a cuatro milímetros de profundidad.

Sostenga el electrodo en su lugar y use un alambre para aplicar pegamento alrededor del sitio de inserción como paso opcional. Para mejorar aún más la resistencia mecánica de la inserción, use el cauterizador térmico y recoja un pequeño batido de cera de dos a tres milímetros en la punta. Coloque la punta cerca del sitio de inserción y aplique calor de manera que la cera rodee el electrodo y lo mantenga firmemente en su lugar.

Al enfriarse, deje que el insecto se recupere un día de la inserción antes de realizar experimentos. Una placa adaptadora con conectores de cable flexibles planos necesarios para conectar la placa de electrodos del insecto a la unidad de etapa principal triangular de Biosystems International. La placa adaptadora utiliza una placa laminada de cobre grabada que debe prepararse siguiendo los pasos presentados anteriormente para preparar el borde a la placa de electrodos en la estación de soldadura, suelde un conector de cable flexible plano a un extremo de la placa preparada.

Un conector de cable flexible plano de 10 pines se puede soldar a la placa con los dos pares de pines en los bordes del conector y el par de pines central en contacto con las tres almohadillas de cobre. A continuación, suelde tres cables de conexión de calibre 30 americano a tres almohadillas. En el otro extremo de la placa, coloque tres mini conectores a las tres almohadillas de la placa adaptadora para las lecturas del osciloscopio como se describe.

En la siguiente etapa, coloque dos de los conectores perpendiculares a los bordes de la placa. El conector central debe estar ligeramente inclinado hacia arriba, lejos del plano de la placa, matando el otro extremo de estos tres cables hasta el conector de la etapa principal. Proporcionado por Triangle Biosystems International.

Luego, la placa de circuito de la etapa principal debe asegurarse en la parte superior del marco de levitación para ayudar a la confiabilidad de los electrodos y observar la relación señal/ruido. Se pueden obtener registros de osciloscopio anclado. Antes de implementar el sistema de grabación inalámbrico, conecte el osciloscopio a un amplificador de neurograbación de CA multicanal.

Ajuste los parámetros del amplificador a una frecuencia de corte de paso alto de un hercio, una frecuencia de corte de paso bajo de 20 kilohercios y una ganancia de 100. Conecte cada uno de los conectores de mini cable hembra de la placa adaptadora a los canales de entrada del amplificador. Retire el insecto con la placa de electrodos implantada de la jaula.

Cuando está en estado activo, se puede colocar un trozo de tejido debajo de la polilla para que descanse antes de tomar las mediciones con pinzas, deslice la placa de electrodos en el receptor de conexión de cable flexible plano en la placa adaptadora. Retire el tejido debajo del insecto y observe la generación de picos de electromiograma. A medida que el insecto bate, sus alas capturan y guardan los datos en el osciloscopio.

Esta figura muestra la señal de potencial muscular adquirida con el osciloscopio de uno de los músculos antes y durante el aleteo. La señal se ha procesado con una amplificación de cien veces y un filtro de paso alto de un hercio y un filtro de paso bajo de 20 kilohercios y el período de reposo. No se observan potenciales musculares.

Los potenciales musculares durante el aleteo de las alas ocurren aproximadamente a 15 a 20 hercios. Una vez que se han recogido y verificado las mediciones del osciloscopio, se deben recoger las señales EMG inalámbricas. Se puede construir una plataforma de levitación electromagnética para la grabación inalámbrica de señales EMG durante el sexo de Manus atado al vuelo.

La plataforma de levitación consiste en un marco diseñado para equilibrar un mecanismo de anclaje. La levitación flotante libre permite que el marco y, por lo tanto, el insecto te alcancen. Durante las pruebas sin restricción de cables de sujeción, el marco se puede prototipar rápidamente utilizando una máquina de modelado de deposición fundida.

Este marco cargado con imanes es levitado por una serie de electroimanes en la plataforma base. Esta plataforma levitante se encuentra dentro de la arena LED, que se construyó con 60 paneles compuestos por una matriz de LED individuales de cinco por siete. La arena está controlada por el microcontrolador APIC 18 F 45 20, que permite la simulación de la rotación en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj, así como el control de la velocidad de rotación.

Configure el sistema de grabación inalámbrico TBSI. Conectando la etapa principal TBSI al conector de la placa adaptadora en la plataforma de levitación. Retire el insecto de la jaula cuando esté activo, preferiblemente durante su horario de amanecer.

Usar pinzas. Inserte con cuidado la placa de electrodos en el receptor de cable flexible plano en el marco levitante, de modo que el insecto quede suspendido firmemente dentro de la configuración. Coloque la varilla magnética cerca del interruptor magnético en la etapa principal para activar la transmisión inalámbrica de datos.

Se encenderá una luz azul que indica que el escenario principal está activo y listo para grabar. Apague las luces de la habitación para que quede completamente a oscuras y abra el software TBSI neuro aware en una computadora. Puede usar una lámpara roja para agregar iluminación adicional a la habitación.

Seleccione el archivo de configuración adecuado. Los archivos de configuración utilizados en este procedimiento son la configuración predeterminada de W five. A continuación, haga clic en el botón de inicio de la plataforma en la esquina superior izquierda de la interfaz inicial.

Para comenzar a ver señales, seleccione la pestaña de la ventana de todos los canales para la observación de señales EMG en el sistema de grabación TBSI. Para garantizar una conexión inalámbrica fiable y un funcionamiento del electrodo, encienda todos los componentes de la arena LED, la fuente de alimentación de CC regulada y el microcontrolador. Equilibra lentamente la plataforma de levitación dentro de la arena.

Seleccione la pestaña de registro a binario en el panel izquierdo de la interfaz nor-consciente. Designe el tiempo de grabación y el destino de guardado de archivos. Elija la configuración de salida adecuada para guardar sus datos.

Haga clic en el botón de inicio para iniciar una sesión de grabación dentro del software de grabación TBSI. Esto guardará su archivo como un archivo siguiente, que se puede importar a los programas de procesamiento de datos más utilizados.

Observe cómo el insecto vuela en la dirección que corresponde con el movimiento de los LED. Invierta la dirección de los LED y confirme que el insecto invierte la dirección Realice esto tantas veces como desee. La flecha que se muestra indica la dirección de rotación del patrón de LED.

La flecha se vuelve amarilla. Cuando el insecto completa un giro en sentido contrario a las agujas del reloj, la flecha se vuelve azul cuando el insecto completa un giro en el sentido de las agujas del reloj. La reproducción de la película, el discurso que se muestra es un 50% más rápido de lo normal.

Esta figura muestra la señal de potencial muscular adquirida de la instrumentación inalámbrica para un músculo antes y durante el aleteo en el período de reposo. No se observan potenciales musculares. Los potenciales musculares durante el aleteo de las alas ocurren aproximadamente a 15 a 20 hercios.

Aquí acabamos de mostrar una grabación de un canal. Sin embargo, una grabación multicanal tomada con esta configuración se puede utilizar para observar la coordinación entre múltiples grupos musculares durante las maniobras de vuelo. Acabamos de mostrarle cómo realizar una inserción temprana de electrodos de etapa metamórfica en un hombre de sexo a pupa.

Es importante cronometrar la inserción en la etapa tardía de la pupila de manera que la inserción no sea demasiado temprana o tardía en la etapa de la pupila. De lo contrario, podría tener problemas para obtener una configuración de electrodos confiable. También le hemos mostrado cómo ensamblar los componentes eléctricos necesarios para realizar la grabación inalámbrica de datos EMG de los músculos de vuelo indirectos mientras el insecto levita en la arena LED.

Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.