Method Article

מותמרים החדרת טכנולוגיה מוקדמת לניטור התנהגות החרקים טיסה

DOI:

10.3791/50901

⸱

July 12th, 2014

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

In This Article

Summary

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

אנו מציגים הליך כירורגי חדשני להשתלת אלקטרודות במנדוקה סקסטה בשלבי המטמורפוזה המוקדמים שלה. טכניקה זו מאפשרת צימוד יציב מכנית ואמין חשמלית עם הרקמה העצבית-שרירית כדי לחקור את הדינמיקה של נוירופיזיולוגיה של טיסה. אנו מציגים גם פלטפורמת ריחוף מגנטית חדשה למחקרים קשורים של פיהוק חרקים.

Abstract

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

טכנולוגיית החדרת מטמורפוזה מוקדמת (EMIT) היא מתודולוגיה חדשה לשילוב פלטפורמות הקלטה והפעלה עצביות-שריריות מיקרו-מפוברקות על חרקים במהלך התפתחותם המטמורפית. כאן, השתלים מתמזגים בתוך המבנה והתפקוד של המערכת העצבית-שרירית כתוצאה מיצירת רקמות מטמורפיות. השתלים מופיעים עם החרק כאשר התפתחות הרקמה סביב האלקטרוניקה במהלך התפתחות הגולם מביאה לממשק רקמות משופר ביו-חשמלית וביומכנית. ממשק אמין ויציב יחסית זה יועיל לחוקרים רבים החוקרים את הבסיס העצבי של תנועת החרקים עם השפעות טראומטיות מקלות הנגרמות במהלך החדרת שלב המבוגרים. במאמר זה, אנו משתילים את האלקטרודות שלנו בשרירי התעופה העקיפים של מנדוקה סקסטה. ממוקם בגב-בית החזה, שרירי הטיסה העיקריים הללו המניעים את השרירים האחוריים והגביים-אורכיים מפעילים את הכנפיים ומספקים את הכוח המכני לתנועות למעלה ולמטה. התכווצות יחסית של שתי קבוצות השרירים הללו נחקרה כדי לחקור כיצד תמרון הסבסוב מתואם מבחינה נוירופיזיולוגית. כדי לאפיין את דינמיקת הטיסה, חרקים נקשרים לעתים קרובות בחוטים ומעופם מתועד במצלמות דיגיטליות. פיתחנו גם דרך חדשה לקשור את מנדוקה סקסטה על מסגרת מרחפת מגנטית שבה החרק מחובר למגבר עצבי אלחוטי זמין מסחרית. ניתן להשתמש במערך זה כדי להגביל את מידת החופש לפיהוק "בלבד" תוך העברת אותות האלקטרומיוגרפיה הקשורים מקבוצות שרירים גב-וונטרלי וגב-אורך.

Introduction

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

החדרת אלקטרודות, אפילו עם מערכות אלקטרוניות המצורפות לחרקים ליישומי הקלטת telemetric, כבר שיטה גדולה כדי להבין איך תפקוד מערכות עצביות במהלך הטיסה טבעית 1. חיבור או השתלת מערכות מלאכותיות בחרקים הציבה אתגרים רבים מעורבים הפוטנציאל להפריע לטיסה הטבעית של החרקים. קובץ מצורף שטחי או החדרה כירורגית של פלטפורמות מלאכותיות על החרק הבוגר אינו מהימן בשל הסטה אפשרית של המכשירים הוכנסו שנגרמו על ידי כוחות אינרציה והלחץ-Induced גוף. באופן שטחי מצורף או אלקטרודות מוכנסות בניתוח הן גם נוטים להידחות על ידי החרקים כגוף זר. יתר על כן, ניתוח ההשתלה דורש את הסרת קשקשים וערימות סביב השלד החיצוני. שכבת הקוטיקולה העבה גם צריכה להיות חדרה....

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

Protocol

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

הערה: המקור של החומרים וחומרים כימיים הדרושים כדי לעקוב אחר הפרוטוקול מסופק בטבלה "ריאגנטים" להלן.

1. הכנת מעגלים מודפסים לוחות (PCB) לחיבור ההקלטה אלקטרודה

הערה: על מנת לספק הליך ניסיוני מעשי, אלקטרודות חוט מולחמות למעגל מודפס להכניס אלקטרודות אלה לתוך מחבר FFC (כבל שטוח גמיש).

  1. חותכים סנטימטר 0.5x5 2 חתיכת רבד נחושת בלבוש.
  2. באמצעות סמן קצה קנס....

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

Results

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

סכמטי של ההליך לפלוט הכולל מוצג באיור 1, המציג את השלבים העיקריים במחזור מותמרים של hawkmoth וצעדי החדרת אלקטרודה המתאימים. החדרת אלקטרודה צריכה להתבצע בשלב מאוחר גלמי 4 עד 7 ימים לפני eclosion. זה מאפשר לסיבי השריר לפתח סביב אלקטרודות ולאבטח את השתל בחרקים.

התוצאה האופיינית של הכנסה השלימה מאוחר גלמי שלב שבו שתי אלקטרודות הפעילים ואלקטרודות הקרקע היו מוכנסות מוצגת באיור 2.

<.......

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

Discussion

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

ישנם מספר צעדים קריטיים במהלך ההחדרה כירורגית של אלקטרודות ההקלטה המשפיעות על היכולת להקליט נתונים בשלבים מאוחר יותר של הפרוטוקול. אלקטרודות ההקלטה צריכה להיות מוכנסות לתוך יום הגולם אחד אחרי מציג כתמי כנף בצד הגב שלה. אם ההכנסה מבוצעת שניים או יותר ימים אחרי כל הזמן הזה, הרקמה של החרק לא תהיה מספיק זמן כדי לפתח סביבו ולייצב את האלקטרודות מוכנסות. זה יכול להוביל לתנועה של אלקטרודות מושתלות והקלטות לא אמינות בשלב הבוגר.

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

Disclosures

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

למחברים אין ניגוד אינטרסים במחקר זה.

Acknowledgements

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

א.ב. מודה בתודה הקרן הלאומית למדע למימון במסגרת תכנית הסייבר פיזי מערכות (1239243) ואגף לחינוך לתואר ראשון (1245680); והמחקר מתקדם פרויקט סוכנות ההגנה (DARPA) לתמיכה בשלבים המוקדמים של עבודה זו. השלבים המוקדמים של עבודה זו בוצעו על ידי א.ב. במעבדתו של פרופ 'עמית לאל באוניברסיטת קורנל. הודות AB Ayesa Sinha ופרופ 'לאל להדרכה ניסיונית ודור רעיון בשלב זה. Manduca סקסטה (לינאוס 1763) התקבלו ממושבה ומתוחזק על ידי המחלקה לביולוגיה באוניברסיטת דיוק, דורהם, צפון קרוליינה, ארה"ב. עש שימש בתוך 5 ימים של eclosion. ברצוננו להודות למשולש Biosystems בינלאומי, במיוחד דוד Juranas וקייטי Millay על סיועם מצוין טכני ושימוש במערכת ....

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
חוט נירוסטה מצופהA-M Systems7919000.008' ’ חשוף, 0.011' ’ מצופה, מחוסל
אלקטרודה גמישLitz או בחוט משרן. 
מחבר FFC להרכבה על פני השטחמחבר HiroseFH28E-20S-0.5SH(05)
פינצטהGrobet ארה"בנקה עם 70% אלכוהול לפני השימוש על החרק.
Kim-WipesKimberly-Clark Worldwide34155ניתן להשתמש בממחטות מגבון עדינות בכל גודל.
טפלוןברוחב 5 מ"מ סרט טפלון.
מחט היפודרמיתבקטון דיקינסון ושות'ניתןלהשתמש במחט היפודרמית 30511 20-30 G. סרטון הראה 30 גרם.
קיבוע קשיחניתן להשתמש במגוון חומרים (למשל., מערבלי קפה)
כלובכלוב לחיות מחמד מפלסטיק מרופד בנייר אריזה או ריפוד דומה. יש צורך בחורי אוורור.
צריבה תרמיתAdvanced Meditech InternationalCH-HI CT2103 (טיפ)ציוד אופציונלי המשמש למריחת שעווה דנטלית.
שעווה דנטליתאורתומכניקה LC., חץ שבור, אוקלהומהחומר אופציונלי המשמש לייצוב האלקטרודות על החרק.
פלטפורמתמגנטית מסגרת מעוצבת בהתאמה אישית המיוצרת בבית עם אב טיפוס תלת מימדי.
ניתן להשתמש בחוט סרט מקל הופעת חרקים ריחוף

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