昆虫飛翔挙動監視のための早期変成挿入技術

Summary

私たちは、初期の変成過程でManduca sextaに電極を埋め込むための新しい外科的処置を提示します。この技術により、神経筋組織との機械的に安定し、電気的に信頼性の高い結合が可能になり、飛行神経生理学のダイナミクスを研究することができます。また、昆虫のヨーのつながれた研究のための新しい磁気浮上プラットフォームも紹介します。

Abstract

Early Metamorphosis Insertion Technology（EMIT)は、昆虫の変成過程で微細加工された神経筋の記録と作動プラットフォームを統合するための新しい方法論です。ここでは、インプラントは、変成組織のリメイクの結果として、神経筋系の構造と機能内で融合されます。インプラントは昆虫とともに出現し、蛹の発達中に電子機器の周囲の組織が発達すると、生体電気的および生体力学的に強化された組織界面が生じます。 この比較的信頼性が高く安定したインターフェースは、昆虫の移動運動の神経基盤を探求し、成虫期の挿入時に引き起こされる外傷性の影響を軽減する多くの研究者にとって有益です。この記事では、Manduca sextaの間接飛行筋に電極を埋め込みます。 背胸部に位置するこれらのメインフライトは、背腹筋と背長筋に動力を供給し、翼を作動させ、上下のストロークに機械的な動力を供給します。これら 2 つの筋肉群の相対的な収縮は、ヨー操作が神経生理学的にどのように調整されているかを調査するために調査されています。飛行力学を特徴付けるために、昆虫はしばしばワイヤーでつながれ、その飛行はデジタルカメラで記録されます。また、Manduca sextaを磁気浮遊フレームにつなぎ、昆虫を市販のワイヤレスニューラルアンプに接続する新しい方法も開発しました。この設定は、背腹筋群と背縦筋群から関連する筋電図信号を伝達しながら、ヨーイングのみに自由度を制限するために使用できます。

Introduction

でも、遠隔測定記録用途のための昆虫に取り付けられた電子システムと、電極を挿入する、自然の飛行¹の間にどのように神経系の機能を理解するための主要な方法であった。昆虫人工システムを取り付けるか、注入する昆虫の自然な飛行を邪魔する可能性が関与する多くの課題を提起しました。大人の昆虫に表面的な添付ファイルまたは人工的なプラットフォームの外科的挿入は、体内に誘導される慣性やストレス力によって引き起こさ挿入デバイスの可能性のあるシフトに信頼性がない。表面的に取り付けられるか、または外科的に挿入された電極は、異物などの昆虫によって拒否されやすい。さらに、注入作業は、外骨格の周りのスケールと杭の除去を必要とする。厚いクチクラ層はまた、それにより、昆虫の自然な飛行を妨害する、側副組織損傷を引き起こす可能性の外科神経支配のために貫通する必要がある。すべてのTヘセ要因は、外科的または表面的な移植手術に挑戦し、繊細なタスクにすることができます。外部から昆虫への制御およびセンシングシステムを取り付けるに関わるこれらの懸念を緩和するために、変成成長が関与する新たな方法論は、この資料に記載されます。

完全変態の昆虫の変成岩開発は中間蛹（ 図1）を有する成人に幼虫（またはニンフ）の転換から始まります。変態プロセスは改造が続く変性症を含む広範な組織再プログラミングを必要とする。この変換は、いくつかの複雑な動作を^2,3を実証昆虫大人ま....

Protocol

注：プロトコルに従うために必要な材料および試薬のソースは、以下の「試薬」の表に記載されている。

1。記録電極接続用のプリント基板（PCB類）の製造

NOTE：実用的な実験手順を提供するために、ワイヤ電極は、FFC（フレキシブルフラットケーブル）コネクタにこれらの電極を挿入するためにPCBに半田付けされている。

1. 銅張積層板の0.5x5センチ²枚を切る。
2. 細い先端マーカーを使用して、マスクパターンをエッチングなど3 0.1x5cm ²の長方形パッドを描画します。
3. 換気の良い場所やヒュームフードの内側にプリント基板のエッチング液を用いて露光積層板をエッチングする。非反応性テープでラミネートカットアウトの長さの約1cmをカバーしています。 PCBのエッチング剤とテープスコッチテープで卒業したビーカーの内側に銅積層カットアウトの少なくとも100ミリリットルで卒業ビーカーを埋める。銅ラミネートcutouの半分Tは、PCBエッチング液中に沈めなければならない。
4. 20分間の回転台にビーカーを置く。
5. エッチング液からカットアウトを取り外し、10分間水を満たしたビーカーに入れてください。
6. ティッシュペーパーを用いて、イソプロピルアルコールを適用し、非エッチング銅パッドを露出させるために....

Results

全体的なEMIT手順の概略を、スズメガの変成サイクルにおける主要な段階及び対応する電極挿入工程を示す、 図1に示されている。電極挿入は、4〜7日羽化前後半蛹の段階で実行する必要があります。これは筋線維は、電極の周りに開発し、昆虫にインプラントを固定することができます。

二つの活性電極および接地電極が挿入された完成した後期蛹挿入の典型的な結果を図2に示す。

二つの活性電極および接地電極が挿入された完成した成体ステージ挿入の典型的な結果を図3に示す。

LEDの分野では、図4に示されているたばこスズメガのための飛行中に回転誘導するために用いる。マイクロワットLEDアレイ垂直パタンの回転速度の制御を可能にするようにプログラムされている。 LEDパターンの角速度は、毎秒7.3度に設定した。磁気浮上プラットフォームは、昆虫が自由に.......

Discussion

プロトコルの後の手順でデータを記録する能力に影響を与える記録電極の外科的挿入中のいくつかの重要なステップがあります。記録電極は、その背側の翼スポットを発揮した後に蛹1日の中に挿入する必要があります。挿入が2日以上、この時間が経過した後に実行されている場合は、昆虫の組織は周りの開発および挿入された電極を安定させるのに十分な時間がありません。これは、成人期に移植電極および信頼性の低い録音の動きにつながる可能性があります。

これは、5mm以上の深さで蛹飛行筋に記録電極を挿入しないことが重要である。そうでなければ、血リンパは、挿入ポイントを終了し、弱い飛翔筋の開発になります。血リンパが出現しない場合は、手順を停止し、蛹24時間、再び電極を挿入しようとする前に回復することができます。挿入部位は目を洗浄する必要がありoroughlyすべての翼の髪の電極はさなぎに挿入される前に。これは、挿入孔に入ると、電極組織界面に干渉するの毛髪を防止する。

大人の蛾に最適な翼の健全性を確保するために、挿入部位は、ピンセットを用いて羽の毛の羽化前日に再洗浄.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
コーティングされたステンレス鋼線	AMシステム	791900	0.008 '’裸、0.011'’コーティング、アニール加工された
フレキシブル電極線			またはインダクタ線を使用できます。
表面実装FFCコネクタ	ヒロセ電機コネクタ	FH28E-20S-0.5SH(05)
ピンセット	Grobet USA		に使用する前に70%アルコールで清掃してください。
Kim-Wipes	Kimberly-Clark Worldwide	34155	任意のサイズのデリケートワイプティッシュを使用できます。
テフロンテープ			5mm幅のテフロンテープ。
皮下注射針	Becton Dickinson & Co.	30511	20-30Gの皮下注射針が使用できます。ビデオは30Gを示しました。
硬質固定スティック			さまざまな材料を使用することができます(例えば.、コーヒースターラー)
昆虫出現ケージ			包装紙または同様のパッドで裏打ちされたプラスチック製のペットケージ。通気孔が必要です。
サーマル焼灼器	アドバンスドメディテックインターナショナル	CH-HI CT2103(先端)	デンタルワックスの塗布に使用されるオプション機器。
歯科用ワックス	オルソメカニクス LC., Broken Arrow, Oklahoma		昆虫の電極を安定させるために使用されるオプションの材料です。
磁気浮上プラットフォーム			カスタムデザインのフレームは、3Dプロトタイピングで社内で製作されました。