Utilizzando Insetto Electroantennogram sensori sul robot autonomi per le ricerche olfattive

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di registrare elettrogrammi o EEG da un'intera preparazione di insetti e utilizzare antenne di insetti come biosensori nei robot olfattivi. Ciò si ottiene legando prima l'animale in un blocco di polistirolo. Il secondo passo consiste nel posizionare due elettrodi EAG, un elettrodo di riferimento nel collo dell'insetto e una pipetta di registrazione sulla punta dell'antenna.

Successivamente, gli elettrodi vengono collegati a una scheda di elettrofisiologia con adeguata amplificazione e filtraggio del segnale. Il passaggio finale consiste nel montare la preparazione EAG su un robot mobile. In definitiva, è possibile ottenere risultati per mostrare la navigazione olfattiva verso una fonte di odore utilizzando sensori identici a quelli degli animali reali.

Questa piattaforma robotica fornisce un mezzo diretto per testare ipotesi sul rivestimento olfattivo e sulla navigazione olfattiva negli insetti. Il vantaggio della tecnica che andiamo a presentare oggi rispetto ai metodi esistenti basati su accisa e antenna E, è che consente registrazioni stabili per un periodo di tempo più lungo. Per registrare l'EAG da una preparazione di insetti interi, prima clorurare due fili d'argento per immersione in una soluzione di candeggina concentrata per 10-20 minuti e risciacquare successivamente.

Questo processo impedisce la polarizzazione degli elettrodi Realizzare elettrodi di vetro da capillari lucidati a fuoco con un elettrodo La lucidatura a fuoco polare impedisce il graffio del filo d'argento clorurato con gli elettrodi. Successivamente, anestetizzare un maschio di falena con anidride carbonica e posizionarlo all'interno di un blocco di polistirolo con la testa che sporge dall'alto, legare la testa dell'insetto con del nastro adesivo intorno al collo, inserire un filo d'argento che funge da elettrodo di riferimento nel collo. Sotto uno stereomicroscopio, immobilizzare una delle antenne con sottili strisce di nastro adesivo sulla punta e sulla base.

Tagliare i due o tre segmenti distali dell'antenna con le forbici chirurgiche. Quindi posizionare l'elettrodo di vetro vicino alla punta tagliata dell'antenna con un micro manipolatore. Tagliare l'estremità del capillare di vetro con una pinza per ottenere un diametro leggermente più grande della punta tagliata dell'antenna.

Riempire la pipetta di vetro con la soluzione tampone. Quindi inserire la punta tagliata dell'antenna nel capillare di vetro con il micromanipolatore. Infine, infilare il filo d'argento che funge da elettrodo di registrazione nell'estremità più grande del capillare di vetro per montare l'intera preparazione.

Ovvero gli elettrodi degli insetti e il micro manipolatore su una piastra metallica avvitata sulla parte superiore del robot. Progettare un'interfaccia hardware per adattare la tensione di uscita EAG all'intervallo appropriato per la scheda di estensione del robot come descritto nel protocollo di testo. Includi brevemente un amplificatore ad alta impedenza di ingresso, un filtro passa-basso e passa-alto e un amplificatore del secondo stadio.

Quindi, collegare gli elettrodi agli ingressi EAG differenziali. Collegare l'elettrodo di registrazione all'ingresso invertente del preamplificatore per ottenere EEG positivi. È stato sviluppato un software c plus plus personalizzato per implementare un'interfaccia utente grafica e varie funzioni per il rilevamento del segnale e per il controllo del robot.

Il rilevamento del segnale può essere eseguito modellando i meccanismi neurali che consentono un rilevamento rapido e affidabile dei feromoni. Nei mths, imitando la biologia nei neuroni centrali mths che ricevono input dall'antenna, rispondono al feromone con un modello di attivazione stereotipato di inibizione dell'eccitazione. Per ottenere il rilevamento del segnale, implementare il modello neuronale come equazioni differenziali, che possono essere trovate nel protocollo di testo. Rileva i colpi di feromone ogni volta che si verifica un'esplosione di eccitazione, definita come tre intervalli consecutivi tra i picchi.

Inferiore a 70 millisecondi è seguito da un'inibizione definita da un intervallo tra picchi maggiore o uguale a 350 millisecondi. Vengono mostrati gli EEG in risposta agli impulsi dei feromoni, il sistema di misurazione può risolvere impulsi di feromoni fino a 10 hertz. L'EAG è stato registrato periodicamente in risposta a stimolazioni con feromoni per testare la stabilità nel tempo dell'intero preparato di insetti.

Rispetto all'asportato e alle antenne, l'intera preparazione dell'insetto mostra una buona stabilità entro una giornata lavorativa. Al contrario, gli EEG registrati su antenne isolate diminuiscono rapidamente nel tempo, in modo che il segnale scenda alla metà del suo valore iniziale dopo solo 1,5 ore. Questa volta, la dipendenza è descritta da un decadimento esponenziale con una durata di vita di due ore.

Infine, è stata testata la capacità della piattaforma robotica EAG di cercare una fonte di odore utilizzando una strategia di ricerca reattiva. La strategia di ricerca combina l'ondata di bolina ogni volta che il feromone viene rilevato con la colata a spirale. In assenza di rilevamenti senza la fonte dell'odore, l'EAG rimane intorno allo zero con pochissimi o nessun rilevamento, il robot esegue la colata a spirale e generalmente lascia lo spazio di ricerca prima di raggiungere la posizione target.

Al contrario, con la fonte dell'odore, l'EAG presenta esplosioni di attività da rilevamenti intrecciati con periodi di silenzio da nessun rilevamento. La colata a spirale si verifica principalmente al contorno del pennacchio e sembra essere una strategia efficiente per riposizionare la linea centrale del pennacchio quando l'odore viene perso. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione su come registrare telegrammi elettronici da una preparazione di insetti da parete e sull'uso dell'antenna per insetti sui robot olfattivi.