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Il protocollo descritto sopra è stato prima testato con brevi impulsi 20 msec di feromone (dose 1 mcg e 10 mcg) direttamente a sbuffo sull'antenna. Figura 4A mostra i EAG in risposta a impulsi feromoni. Sono positivo perché l'elettrodo di registrazione è stata collegata all'ingresso invertente dell'amplificatore, come descritto al punto 3.3. Come indicato dal spettro di potenza, il sistema di misura è in grado di risolvere impulsi feromone fino a 10 Hz. Per confronto, abbiamo provato anche un sensore di gas disponibile in commercio. Il TGS2620 è un sensore di ossido di metallo fabbricati per la rilevazione di vapori di solvente. Anche se il sensore presenta una elevata sensibilità all'etanolo, era in grado di seguire le variazioni della concentrazione (curva tratteggiata in Figura 4B). Il problema è venuto dal sensore. Il TGS2620 viene commercializzato con un cappuccio che ha un acciaio inossidabile garza a prova di fiamma. Il tempo di risposta è lento perché, in pratica, ci vuole uncerto tempo per il gas di diffondere attraverso la garza e raggiungere la superficie di ossido di metallo. Il recupero è lento perché ci vuole tempo per pulire il sensore quando il gas è intrappolato all'interno del tappo. Abbiamo quindi rimosso il tappo e questa modifica migliorato significativamente le dinamiche (vedere la curva piana in Figura 4B). Ancora, c'è stato un fattore dieci tra dell'EAG e il TGS2620 (10 Hz contro 1 Hz). Questo confronto è tuttavia qualitativa dell'EAG e la TGS2620 non sono stati testati nelle stesse condizioni.
Abbiamo poi valutato la stabilità nel tempo di tutta insetti nostra preparazione (n = 12 lepidotteri) rispetto a antenne asportato (n = 7 antenne). Il GAE è stato registrato periodicamente in risposta a stimoli di feromoni (durata 500 msec, dose 1 mg). EAG prime (in mV) sono stati convertiti relativi EAG (percentuali del valore iniziale ottenuto al tempo t = 0). Figura 5 mostra molto buona stabilità di tutta la nostra insetti preprazione entro un giorno lavorativo. Al contrario, EAG registrati su isolato diminuzione antenne rapidamente nel tempo in modo che il segnale scende alla metà del suo valore iniziale dopo solo 1,5 hr. Questa volta dipendenza è ben descritto da un decadimento esponenziale con una durata di 2 ore.
Infine, abbiamo testato la capacità del plateform robotica EAG per cercare una fonte di odore (feromone composto Z7-12: OAc) utilizzando un reattivo strategia di ricerca (Figura 6A). La strategia di ricerca combina picchi controvento ogni volta il feromone viene rilevato con getto a spirale in assenza di rilevamenti 28. La presenza di feromone viene rilevato dal EAG dal rivelatore neuromorfica, come descritto al punto 4.3. Due esempi di EAG registrati durante la ricerca sono mostrati in Figura 6B. Senza la fonte dell'odore, l'EAG rimane attorno allo zero (cioè 2,5 V) con pochissimi o nessun rilevamenti. Il robot esegue la colata a spirale e in genere lascia il BEF spazio di ricercaminerale di raggiungere la località di destinazione (nel 92% degli studi, n = 26 prove, Figura 6C destra). Con la fonte dell'odore (Figura 6C a sinistra), l'EAG presenta picchi di attività (rilevamenti) intrecciati con periodi di silenzio (nessun rilevazioni). Colata a spirale si verifica principalmente sul profilo pennacchio (Figura 6C sinistra, linea rossa) e sembra essere una strategia efficace per ritrovare la linea centrale pennacchio quando l'odore è perduto. In questa condizione, la sorgente è generalmente trovato (tasso di successo = 96%, n = 44 prove).

Figura 1. Whole-insetto preparazione EAG e la configurazione automatizzata. A) Il electroantennogram (EAG) viene registrato da una preparazione tutta-insetto (vedi testo per i dettagli). B) La preparazione è montato sul robot. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 2. Interfaccia hardware-software. A) Eagle schematica del hardware. Il circuito si compone di sei sezioni (vedi testo per i dettagli). Permette di filtraggio (banda di frequenza 0,1-500 Hz, notch a 50 Hz), l'amplificazione (guadagno totale 250X) e condizionamento del segnale nel range 0-5 V. B) il layout Aquila mostra le linee di rame (la parte superiore è in rosso e la fondo in blu) e fori (in verde). C) circuito stampato (PCB) che mostra gli elementi discreti. D) interfaccia utente grafica (GUI) scritto in Qt-C + + per la visualizzazione dei dati (traccia rossa = ingresso EAG, verde traccia= Uscita modello di neurone), la progettazione del filtro e la rilevazione del segnale. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3. Rilevamento del segnale dal EAG. A) Electroantennogram (EAG) modello. Il GAE è modellato da una cascata lineare 27 che consiste di una non linearità statica seguita da un 1 ° ordine filtro passa basso con funzione impulso esponenziale
. L'uscita EAG è data dall'integrale di convoluzione con
. B) approccio ingegneristico. La filt deconvoluzioneer scrive
e
, Vedere il testo per i dettagli. Incontri odore (hits) vengono rilevati ogni qualvolta
supera un. C) approccio bio-ispirati soglia predefinita. Un tipo Hodgkin-Huxley modello di neurone con cinque correnti interne (di perdite, K +, Na +, Ca 2 + e SK) viene utilizzato per riprodurre il modello di cottura osservato di eccitazione-inibizione (EI) ha osservato sperimentalmente 13. Per la rivelazione del segnale, il segnale EAG è usato come corrente di ingresso e risultati vengono rilevati quando una raffica di eccitazione è seguita da inibizione dell'attività di cottura.
< br /> Figura 4. tempo di risposta EAG. A) registrazioni EAG in risposta a 20 impulsi feromoni msec (dose di 1 mg e 10 mg) consegnati a velocità diverse (1, 2, 4, 6, 8 e 10 impulsi / sec). Il normalizzata spettro di potenza EAG viene mostrato per una stimolo pulsato a 1 e 10 Hz (dose 1 mg e 10 mg). Il GAE risolve singoli impulsi fino a 10 Hz. B) Le registrazioni dal sensore di gas TGS2620 in risposta a etanolo (fluttuante concentrazione). Le curve tratteggiate strisciamento sono la risposta del sensore con e senza il tappo, rispettivamente. Il sensore con il tappo ha un tempo di risposta di decine di secondi e quindi non può segue le fluttuazioni della concentrazione del gas. Il TGS2620 senza cappuccio risolve singole oscillazioni fino a 1 Hz. Cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.
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Figura 5. Stabilità EAG (tutta la preparazione insetto vs antenna asportato). Il GAE è stato registrato ogni ora durante 8 ore per la preparazione intero insetto
(n = 12 falene) e ogni 20 minuti durante le 3.2 ore per antenne asportato
(n = 7 antenne). La figura mostra EAG relativi (percentuali del valore iniziale ottenuti al tempo t = 0). La dipendenza dal tempo per antenne asportato è ben montato da un decadimento esponenziale con una durata di 2 ore (emivita di 1,5 ore).

Figura 6. Esperimenti di robotica. A) La strategia-surge fusione combina aumento di bolina inpresenza dell'odore con getto a spirale in sua assenza 28. B) EAG Tipica registrato durante la ricerca mentre il robot è in movimento (con e senza l'odore). C) traiettorie robot con odore (n = 44 prove) e senza odore (n = 26 prove). La linea tratteggiata rossa rappresenta il contorno pennacchio dove il 90% di tutti i rilevamenti si è verificato durante le prove. Condizioni sperimentali: spazio di ricerca = 4 mx 2,5 m, la velocità del robot = 5,6 centimetri / sec, target = 10 mg di feromone depositato su un filtro di carta e sostituito ogni 2 studi clinici, robot posizione iniziale = 2 metri dal bersaglio, velocità del vento = 0.9 ± 0,2 m / sec nella posizione di destinazione. cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.