곤충 비행 동작 모니터링에 대한 초기 변성 삽입 기술

안녕하세요, 저는 Dr.Albert Bos 실험실의 Alex Derber입니다. 저는 노스캐롤라이나 주립대학교의 전기공학과에 재직하고 있습니다. 오늘 우리는 초기 변성 단계에서 매니카 섹스에 전극을 이식하는 새로운 수술 절차를 시연할 것입니다.

Early Metamorphic 삽입 기술이라고 하는 이 절차에서 이식된 전극은 동공 변성 단계에서 곤충의 조직에 통합됩니다. 이 절차의 주요 이점은 신경근 조직과 기계적으로 안정적이고 전기적으로 신뢰할 수 있는 결합을 이루고 곤충의 비행 신경 생리학을 연구할 수 있다는 것입니다. 성체기에서 IC Mensa는 약 40일 동안 지속되는 변성 수명 주기를 거칩니다.

멘사는 알 단계에서 수명 주기를 시작합니다. 7일에서 10일 후에 유충은 부화하여 세 번째 별 유충 단계에 도달합니다. 총 5개의 별 유충 단계가 있으며 이러한 각 단계에서 유충은 에너지 수확과 성장을 거칩니다.

다섯 번째 설치 유충 단계 후 5-6일 후에 곤충은 초기 동공 단계에 들어갑니다. 동공 단계에서는 곤충 조직의 광범위한 프로그램 퇴화와 그에 따른 재생이 있습니다. 성인 나방으로 출현하기 위해 곤충은 17-19 일을 보냅니다.

동공 말기, 동공 후반 단계로 진입하기 전, 동공 후반 단계에서는 동공의 등쪽 흉부에 전기 전도성 전극을 외과적으로 삽입합니다. 조직은 이식된 전극 주변에서 발달하여 곤충의 몸에 단단히 부착됩니다. 며칠에 걸쳐 동공의 흉부에 삽입된 전극은 마지막 성체 단계에서 곤충의 신체 일부로 나방으로 나타나 곤충의 전체 조직 시스템의 재건을 이용합니다.

변성 발달 과정에서 전극은 흉부의 간접 비행 근육에 이식됩니다. 날개 움직임을 간접적으로 담당하는 이러한 근육 그룹은 등쪽 배쪽과 등쪽 종방향 근육입니다. 여기서 우리는 날개 상향 영법에 간접적으로 책임이 있는 등쪽 복부 근육에 전극을 삽입하는 것을 시연할 것입니다.

이 삽입을 통해 ya 이동 중 등쪽 복부 근육의 근전도를 무선으로 기록합니다. 곤충이 LED 경기장 내의 전자기 부상 플랫폼에 매달려 있기 때문에 움직임을 자극합니다. 조기 변태 삽입 기술의 절차는 삽입된 전극과 기록 기기 사이의 인터페이스로 사용될 인쇄 회로 기판의 구성으로 시작됩니다.

와이어 전극은 평평하고 유연한 케이블 커넥터에 연결된 인쇄 회로 기판에 납땜됩니다. 시작하려면 미세한 팁, 영구 마커 및 동일한 미세 팁, 영구 마커를 사용하여 가위를 사용하여 0.5 x 5cm 제곱의 구리 피복 라미네이트 조각을 측정하고 자릅니다. 0.1 x 5cm 정사각형 패드 3개를 에칭 마스크 패턴으로 그립니다.

자와 같은 직선 모서리 장치를 사용하여 구리 라미네이트 컷아웃의 전체 길이를 따라 표시를 만듭니다. 표시가 굵게 표시되고 서로 겹치지 않는지 확인하십시오. 마크 라인이 서로 겹치면 전극이 단락됩니다.

평평하고 유연한 케이블 커넥터에 연결하여 보드를 쓸모 없게 만들 때 구리 라미네이트 컷아웃을 통풍이 잘되는 곳으로 가져가고, 구리 라미네이트에 표시를 에칭하기 위해 흄 후드를 사용하는 것이 좋습니다. 인쇄 회로 기판 에칭은 독성이 있으므로 취급 시 주의하십시오. 삼키거나 삼켰을 때 접촉 시 피부를 자극할 수 있는 경우 길이를 따라 약 1cm를 덮는 구리 라미네이트 컷아웃의 한쪽 끝에 테프론 테이프를 붙입니다.

다음으로, 구리 라미네이트 스트립의 절반이 에칭에 잠기도록 스카치 테이프를 사용하여 등급이 매겨진 비커 내부에 구리 라미네이트 컷아웃을 부착합니다. 비커를 회전 플랫폼에 20분 동안 놓습니다. 비커에서 에칭된 구리 라미네이트를 제거하고 물을 채운 비커에 10분 동안 놓습니다.

잔여물을 헹구려면 섬세한 물티슈 조각에 이소 프로필 알코올을 바르고 표시를 닦아 에칭되지 않은 구리 패드를 노출시킵니다. 영구 마커의 모든 흔적을 제거합니다. 인쇄 회로 기판을 약 1cm 길이의 더 작은 정사각형으로 자릅니다.

이제 인쇄 회로 기판이 에칭되었으므로 전극을 부착할 준비를 해야 합니다. 이러한 단계는 현미경의 시각적 도움으로 수행하는 것이 좋습니다. 각각 3cm의 두 가지 길이로 날카로운 칼날을 사용하여 직경 0.11인치 코팅과 0.008인치의 코팅된 무릎 꿇은 스테인리스 스틸 와이어 두 조각을 자릅니다.

이 스테인리스 스틸 와이어 조각은 곤충의 흉부에 삽입될 활성 전극입니다. 면도날을 사용하여 각 와이어의 각 끝에서 4-5mm의 플라스틱 코팅을 제거합니다. 다음으로, 잘라냅니다.

접지 전극의 팁 확장을 만들기 위해 0.7cm 길이의 절연 스테인리스강 와이어 조각 1개. 이전 단계에서 수행한 것처럼 면도날로 코팅을 부드럽게 제거하거나 납땜 인두의 열로 녹입니다. 다음으로, lititz 와이어 한 조각을 4.5cm 길이로 자릅니다.

이 땜납에는 인덕터 와이어도 사용할 수 있습니다. 이전에 준비된 0.7cm 길이의 스테인리스 스틸 팁은 lititz 접지 연결 와이어에 연결됩니다. 노출된 스테인리스강 팁은 접지 연결의 끝에 있어야 합니다.

테프론 테이프를 사용하여 에칭된 회로 기판을 납땜 작업 공간에 테이프로 붙입니다. 1-2mm의 패드가 전극을 보드에 납땜할 수 있도록 회로 기판 위에 테이프를 놓습니다. 패드의 마스킹된 솔더 프리 끝은 FCC 커넥터에 삽입됩니다.

세 개의 전극 와이어를 테프론 테이프로 정렬하여 각각의 한쪽 끝을 전극 보드의 해당 패드에 납땜할 수 있도록 합니다. 두 개의 활성 전극은 보드 가장자리 근처의 패드에 납땜해야 합니다. 조명이 켜진 접지 전극은 중앙 패드에 납땜해야 합니다.

더 쉽게 납땜할 수 있도록 전극 패드 전체에 스테인리스강 플럭스를 바르십시오. 너무 많은 땜납을 적용하여 패드 연결부가 단락되지 않도록 주의하십시오. 전극을 이소프로필 알코올에 아세톤에 각각 10분 동안 담그십시오.

땜납 잔류물을 청소합니다. 용액은 별도의 접시 또는 비커에 부을 수 있습니다 세척 성능을 향상시키기 위해, 침지 중에 전극을 초음파 수조에 놓고 세척 용액을 세척 할 수 있습니다. 곤충은 낮과 밤이 바뀌는 동안 가장 활동적입니다.

따라서 자동 배출 타이머를 사용하여 곤충 챔버 내에서 인위적인 낮 밤 주기를 설정해야 합니다. 7시간의 어둡고 17시간의 라이트 주기를 시뮬레이션하도록 설정해야 합니다. 적절한 삽입 시간을 결정하기 위해 매일 manduka sex eye pu eye를 검사하십시오.

pu 눈은 날개 후 약 하루 후에 삽입 할 준비가되어 있습니다. 전시 다크 스팟: 삽입은 여기에서 닫기 7-4일 전에 수행할 때 가장 성공적입니다. 바닥의 더 어두운 pu는 pui를 마취하기 위해 전극을 외과적으로 삽입할 준비가 되어 있습니다.

섭씨 4도의 냉장고에 약 6시간 동안 보관합니다. 다음으로 작업 공간 삽입을 준비합니다. 작업 공간에는 이소프로필 알코올, 날카로운 핀셋, 30게이지 피하 주사 바늘의 날이 포함되어야 합니다.

옵션으로 시아노아크릴레이트 접착제를 사용하여 전극 고정을 향상시키고, 바늘 핀셋 및 전극을 이소 프로필 알코올에 담그거나 닦아서 살균할 수 있습니다. 6시간 후에 냉장고에서 동공을 꺼내 작업 공간으로 옮깁니다. 관심 있는 근육 그룹에 해당하는 등쪽 흉부의 위치를 결정합니다.

여기서 우리는 상향 스트로크 날개 움직임을 담당하는 등쪽 복부 근육에 관심이 있습니다. 날카로운 칼날이나 피하 주사 바늘을 사용하여 엑소 큐티클 층을 통해 1cm x 1cm 정사각형 직사각형을 부드럽게 긁습니다. 핀셋을 사용하여 이 조각을 천천히 떼어냅니다.

핀셋을 사용하여 흉부의 노출된 영역에서 날개털을 제거합니다. 진공 청소기는 세척 과정을 돕기 위해 선택적으로 사용할 수 있습니다. 삽입된 전극을 방해하지 않도록 가능한 한 많은 머리카락을 제거하는 것이 중요합니다.

날개가 흉부에 붙는 중거구에 약 5mm 정도 바늘을 천천히 삽입하여 근육 그룹을 대상으로 하는 두 개의 삽입 지점을 만듭니다. 구멍을 잃어버리면 찾기 어려울 수 있으므로 구멍이 뚫린 위치를 기억하십시오. 테이블 위에 번데기를 고정하고 핀셋을 사용하여 두 개의 기록 전극을 두 개의 삽입 지점으로 안내하여 기계적 내구성을 향상시키는 옵션을 제공합니다.

전극 주변의 모든 모발을 청소하고 와이어 어플리케이터로 흉부의 각 삽입 지점 주위에 치아노 어콜레이트 접착제를 넉넉하게 도포합니다. 곤충이 올라갈 수 있는 벽과 천장을 덮고 있는 거칠고 질감이 있는 재료로 ELO용 케이지를 준비합니다. 출현 시, 구멍이 뚫린 판지 상자 또는 포장지를 사용할 수 있습니다.

단단한 고정을 준비하십시오. 길이 약 6cm, 지름 2mm 정도를 고수합니다. 튀어나온 프로 아래의 구멍을 통해 이 스틱을 조심스럽게 밀어 넣습니다.

플라스틱이 휘젓습니다. 이 단계에는 면봉 또는 금속 와이어를 사용할 수 있습니다. 번데기가 굴러다니지 않도록 막대기의 양쪽을 케이지 표면에 고정합니다.

메소 톡스가 위를 향하도록 케이지 내부에 번데기를 배치합니다. 과도하게 움직이면 전극이 손상되거나 헬리콥터가 손실되거나 삽입이 무용지물이 될 수 있습니다. 접지 전극은 흉부의 복부 또는 원위부에 삽입해야 합니다.

신호 결합을 피하기 위해 동공 발달의 후반 단계 또는 곤충이 출현한 후에 디신 삽입을 수행할 수 있습니다. 접지 전극 삽입 부위는 동공 단계 삽입 또는 성인 단계 삽입을 위해 이 동공 단계에서 준비해야 합니다. 여기서 성인 단계에서 접지 전극 삽입이 시연됩니다.

섭씨 4도의 냉장고에 6시간 동안 넣어둡니다. 냉간 처리, 고정을 위해 이소프로필 알코올, 날카로운 핀셋, 30게이지 피하 주사 바늘, 시안색, 크리올 접착제, 접착제 도포용 와이어 조각, 선택적 치과 왁스 스틱의 선택적 열 소작기를 포함한 삽입 작업 공간을 준비합니다. 이전과 마찬가지로 피하 주사 바늘을 이소 프로필 알코올에 담그고 나방과 접촉하기 전에 기록 전극에서 약 1-2cm 떨어진 삽입 지점에 있는 나방과 접촉하기 전에 후복부를 따라 바늘을 천천히 삽입하여 복부에 구멍을 뚫고 삽입면을 제공합니다.

바늘은 4mm 이상을 관통해서는 안 됩니다. 삽입측에서 혈 림프액이 나오면 바늘을 너무 많이 삽입한 것이므로 시술이 성공할 가능성이 적습니다. 핀셋을 사용하여 접지 전극을 삽입 부위에 조심스럽게 삽입하고 깊이가 3-4mm가 될 때까지 압력을 가합니다.

전극을 제자리에 잡고 와이어를 사용하여 삽입 부위 주위에 접착제를 바르는 선택적 단계입니다. 삽입물의 기계적 강도를 더욱 향상시키려면 열 소작기를 사용하고 팁에 2-3mm의 작은 왁스를 모으십시오. 팁을 삽입 부위에 가깝게 놓고 왁스가 전극을 둘러싸고 제자리에 단단히 고정되도록 열을 가합니다.

냉각 후 실험을 수행하기 전에 곤충이 삽입물에서 회복 할 때까지 하루 동안 기다립니다. 곤충의 전극 보드를 삼각형 Biosystems international 헤드 스테이지 장치에 연결하는 데 필요한 유연하고 평평한 케이블 커넥터가 있는 어댑터 보드입니다. 어댑터 보드는 솔더 스테이션에서 전극 보드에 가장자리를 준비하기 위해 앞서 제시된 단계에 따라 준비해야 하는 에칭된 구리 라미네이트 보드를 사용하고 준비된 보드의 한쪽 끝에 평평하고 유연한 케이블 커넥터를 납땜합니다.

10핀 플랫 플렉시블 케이블 커넥터는 커넥터 가장자리에 있는 두 쌍의 핀과 3개의 구리 패드와 접촉하는 중앙 핀 쌍을 사용하여 보드에 납땜할 수 있습니다. 다음으로 3개의 30 미국식 와이어 게이지 연결 와이어를 3개의 패드에 납땜합니다. 보드의 다른 쪽 끝에서 설명된 대로 오실로스코프 판독을 위해 어댑터 보드의 3개 패드에 연결된 3개의 미니 커넥터를 도살합니다.

다음 단계에서는 두 개의 커넥터를 보드 가장자리에 수직으로 배치합니다. 중앙 커넥터는 보드 평면에서 약간 위쪽으로 기울어져야 하며 이 세 와이어의 다른 쪽 끝을 헤드 스테이지 커넥터로 도살해야 합니다. 트라이앵글 바이오시스템즈 인터내셔널(Triangle Biosystems International) 제공.

그런 다음 헤드 스테이지 회로 기판을 부상 프레임 상단에 고정하여 전극의 신뢰성을 지원하고 신호 대 잡음 비율을 관찰해야 합니다. 테더링된 오실로스코프 기록을 얻을 수 있습니다. 무선 기록 시스템을 배포하기 전에 오실로스코프를 다중 채널 AC 신경 기록 증폭기에 연결하십시오.

앰프 파라미터를 1헤르츠의 고역 통과 차단 주파수, 20킬로헤르츠의 저역 통과 차단 주파수 및 100의 이득으로 설정합니다. 어댑터 보드의 각 암 미니 와이어 커넥터를 ampliifier 입력 채널. 이식된 전극판으로 곤충을 케이지에서 제거합니다.

활성 상태일 때 조직 조각을 나방 아래에 놓아 휴식을 취한 후 핀셋을 사용하여 측정하기 전에 전극 보드를 어댑터 보드의 평평하고 유연한 케이블 연결 수용기에 밀어 넣을 수 있습니다. 곤충 아래의 조직을 제거하고 근전도 스파이크의 생성을 관찰합니다. 곤충이 날갯짓을 하면 오실로스코프에 데이터를 캡처하고 저장합니다.

이 그림은 날개를 날리기 전과 날개를 날리는 동안 근육 중 하나에서 오실로스코프로 획득한 근육 전위 신호를 보여줍니다. 신호는 100회 증폭, 1헤르츠의 고역 통과 필터, 20킬로헤르츠의 저역 통과 필터 및 정지 기간으로 처리되었습니다. 근육 전위는 관찰되지 않습니다.

날개를 날갯짓하는 동안 근육 전위는 약 15-20헤르츠에서 발생합니다. 오실로스코프 측정값이 수집되고 검증되면 무선 EMG 신호를 수집해야 합니다. 전자기 부상 플랫폼은 테더링된 Manus 섹스 투 플라이 동안 EMG 신호의 무선 기록을 위해 구축될 수 있습니다.

부상 플랫폼은 테더링 메커니즘의 균형을 맞추도록 설계된 프레임으로 구성됩니다. 자유롭게 떠 다니는 공중 부양은 프레임과 곤충을 허용합니다. 테더링 와이어의 제약 없이 테스트하는 동안 프레임은 융합 증착 모델링 기계를 사용하여 신속하게 프로토타입을 제작할 수 있습니다.

이 자석이 장착된 프레임은 기본 플랫폼에 있는 일련의 전자석에 의해 부상합니다. 이 부상 플랫폼은 LED 경기장 내부에 있으며, 5 x 7개의 개별 LED 어레이로 구성된 60개의 패널로 구성되었습니다. 경기장은 APIC 18 F 45 20 마이크로 컨트롤러로 제어되어 시계 방향 및 시계 반대 방향 회전을 시뮬레이션하고 회전 속도를 제어할 수 있습니다.

TBSI 무선 레코딩 시스템을 설정합니다. TBSI 헤드 스테이지를 부상 플랫폼의 어댑터 보드 커넥터에 연결합니다. 곤충이 활동할 때, 가급적이면 새벽 시간에 새장에서 곤충을 제거하십시오.

핀셋 사용. 전극 보드를 부상 프레임의 평평하고 유연한 케이블 수용기에 조심스럽게 삽입하여 곤충이 설정 내에 단단히 매달리도록 합니다. 헤드 stage의 마그네틱 스위치 근처에 자기 막대를 놓아 무선 데이터 전송을 활성화합니다.

헤드 stage가 활성화되고 녹음할 준비가 되었음을 나타내는 파란색 표시등이 켜집니다. 완전한 어둠을 위해 방의 조명을 끄고 컴퓨터에서 TBSI 신경 인식 소프트웨어를 엽니다. 빨간색 램프를 사용하여 방에 조명을 추가할 수 있습니다.

적절한 구성 파일을 선택합니다. 이 절차에서 사용되는 구성 파일은 기본 W five 설정입니다. 그런 다음 초기 인터페이스의 왼쪽 상단 모서리에 있는 시작 데크 버튼을 클릭합니다.

신호 보기를 시작하려면 TBSI 기록 시스템에서 EMG 신호를 관찰하기 위한 모든 채널 창 탭을 선택합니다. 안정적인 무선 연결 및 전극 작동을 보장하려면 모든 LED 경기장 구성 요소, 조정된 DC 전원 공급 장치 및 마이크로 컨트롤러를 켜십시오. 경기장 내에서 공중 부양 플랫폼의 균형을 천천히 잡습니다.

nor aware 인터페이스의 왼쪽 패널에서 record to binary 탭을 선택합니다. 녹화 시간과 파일 저장 위치를 지정합니다. 적절한 출력 설정을 선택하여 데이터를 저장합니다.

시작 버튼을 클릭하여 TBSI 레코딩 소프트웨어 내에서 레코딩 세션을 시작합니다. 이렇게 하면 파일이 다음 파일로 저장되어 일반적으로 사용되는 데이터 처리 프로그램으로 가져올 수 있습니다.

곤충이 LED의 움직임에 해당하는 방향으로 날아가는 것을 관찰하십시오. LED의 방향을 반대로 하고 곤충이 방향을 바꾸는지 확인합니다. 원하는 만큼 이 작업을 수행합니다. 표시된 화살표는 LED 패턴의 회전 방향을 나타냅니다.

화살표가 노란색으로 바뀝니다. 곤충이 시계 반대 방향으로 회전을 완료하면 곤충이 시계 방향으로 회전을 완료하면 화살표가 파란색으로 바뀝니다. 표시된 필름 재생 음성은 정상보다 50% 빠릅니다.

이 그림은 정지 상태에서 날개를 펄럭이기 전과 도중에 한 근육에 대해 무선 계측에서 획득한 근육 전위 신호를 보여줍니다. 근육 전위는 관찰되지 않습니다. 날개를 날갯짓하는 동안 근육 전위는 약 15-20헤르츠에서 발생합니다.

여기에서는 방금 한 채널 녹음을 보여주었습니다. 그러나 이 설정으로 촬영한 다중 채널 녹음은 비행 기동 중 여러 근육 그룹 간의 조정을 관찰하는 데 사용할 수 있습니다. 우리는 방금 번데기와 남자 섹스에 초기 변성 단계 전극 삽입을 수행하는 방법을 보여 드렸습니다.

삽입이 동공 단계에서 너무 이르거나 늦지 않도록 늦은 동공 단계에서 삽입 시간을 맞추는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 신뢰할 수 있는 전극 설정을 얻는 데 문제가 발생할 수 있습니다. 또한 곤충이 LED 경기장에서 공중에 떠 있는 동안 간접 비행 근육의 EMG 데이터를 무선으로 기록하는 데 필요한 전기 부품을 조립하는 방법도 보여주었습니다.

시청해 주셔서 감사드리며 실험에 행운을 빕니다.