Met behulp van Insect Electroantennogram Sensoren op autonome robots voor olfactorische zoekopdrachten

Het algemene doel van deze procedure is om elektrogrammen of EEG's van een volledige insectenpreparatie op te nemen en insectenantennes te gebruiken als biosensoren in olfactorische robots. Dit wordt bereikt door het dier eerst vast te zetten in een styrofoamblok. De tweede stap is om twee EAG-elektroden, een referentie-elektrode in de nek van het insect te plaatsen, en een opnamepipet op het uiteinde van de antenne.

Vervolgens worden de elektroden aangesloten op een elektrofysiologiebord met voldoende signaalversterking en filtering. De laatste stap is om de EAG-voorbereiding op een mobiele robot te monteren. Uiteindelijk kunnen resultaten worden verkregen om olfactorische navigatie naar een geurbron te tonen door gebruik te maken van identieke sensoren als in echte dieren.

Dit robotplatform biedt een directe manier om hypothesen over olfactorische coating en olfactorische navigatie bij insecten te testen. Het voordeel van de techniek die we vandaag gaan presenteren in vergelijking met bestaande methoden op basis van geëxciseerde en antenne E, is dat het stabiele opnames mogelijk maakt gedurende een langere periode. Om de EAG van een volledige insectenpreparatie op te nemen, chloorineer eerst twee zilverdraden door ze 10 tot 20 minuten in een geconcentreerde bleekoplossing te dompelen en spoel daarna af.

Dit proces voorkomt dat elektroden polariseren. Maak glazen elektroden van vuur gepolijste capillairen met een elektrodevervuilde vuuroplossing om krassen op het gechloreerde zilverdraad met elektroden te voorkomen. Anesthesiseer vervolgens een mannelijke mot met kooldioxide en plaats hem in een styrofoamblok met het hoofd dat uit de bovenkant steekt, bind het hoofd van het insect vast met schilderstape rond de nek, steek een zilverdraad in die als referentie-elektrode dient in de nek. Immobiliseer onder een stereomicroscoop een van de antennes met dunne stroken schilderstape op de punt en de basis.

Knip de distale twee tot drie segmenten van de antenne uit met chirurgische schaar. Plaats vervolgens de glazen elektrode nabij het gesneden uiteinde van de antenne met een micromanipulator. Knip het uiteinde van de glazen capillair met een pincet af om een diameter te verkrijgen die iets groter is dan het gesneden uiteinde van de antenne.

Vul de glazen pipetten met de bufferoplossing. Steek vervolgens het gesneden uiteinde van de antenne in de glazen capillair met de micromanipulator. Schuif ten slotte de zilverdraad die dient als opname-elektrode in de grootste uiteinden van de glazen capillair en monteer de hele voorbereiding.

Dat zijn de insectenelektroden en micromanipulator op een metalen plaat die op de bovenkant van de robot is geschroefd. Ontwerp een hardware-interface om de EAG-uitgangsspanning aan te passen aan het bereik dat geschikt is voor de uitbreidingskaart van de robot zoals beschreven in het tekstprotocol. Omvat in het kort een versterker met hoge ingangsweerstand, een laag- en hoogdoorlaatfilter en een tweede trap versterker.

Verbind vervolgens de elektroden met de differentiële EAG-ingangen. Verbind de opname-elektrode met de inverserende ingang van de pre-versterker om positieve EEG's te verkrijgen. Er is een aangepaste C++ software ontwikkeld om een grafische gebruikersinterface en verschillende functies voor signaaldetectie en voor het besturen van de robot te implementeren.

Signaaldetectie kan worden uitgevoerd door het neurologische mechanisme te modelleren dat snelle en betrouwbare feromoondetectie mogelijk maakt. In motten door het nadoen van biologie in centrale neuronen van motten die input van de antenne ontvangen, reageren op het feromoon met een stereotyp opwindingsremmingsschietpatroon. Om signaaldetectie te bereiken, implementeert u het neuronmodel als differentiaalvergelijkingen, die in het tekstprotocol te vinden zijn. Detecteer de feromonenhits wanneer er een uitbarsting van opwinding gedefinieerd als drie opeenvolgende interspiekbevatten optreedt.

Kleiner dan 70 milliseconden gevolgd door remming gedefinieerd door een interspiekbete tussen 350 milliseconden of groter. EEG's in reactie op feromoonpulsen worden getoond, het meetsysteem kan feromoonpulsen tot 10 hertz oplossen. De EAG werd periodiek opgenomen als reactie op feromoonstimulatie om de stabiliteit in de tijd van de volledige insectenpreparatie te testen.

In vergelijking met de uitgesneden en antennes vertoont de volledige insectenpreparatie een goede stabiliteit binnen een werkdag. In tegenstelling daarmee nemen EEG's die op geïsoleerde antennes zijn opgenomen snel af naarmate de tijd verstrijkt, zodat het signaal na slechts 1,5 uur daalt tot de helft van de initiële waarde. Deze tijdsafhankelijkheid wordt beschreven door een exponentiële afname met een levensduur van twee uur.

Ten slotte werd het vermogen van het EAG-robotplatform om naar een geurbron te zoeken met behulp van een reactieve zoekstrategie getest. De zoekstrategie combineert elke keer dat het feromoon wordt gedetecteerd een opwindende golfbeweging met spiraalgieten. Bij afwezigheid van detecties zonder de geurbron, blijft de EAG rond nul met zeer weinig of geen detecties, de robot voert spiraalgieten uit en verlaat over het algemeen de zoekruimte voordat de doellocatie wordt bereikt.

Omgekeerd presenteert de EAG, met de geurbron, uitbarstingen van activiteit van detecties verweven met perioden van stilte van geen detecties. Spiraalgieten gebeurt voornamelijk aan de rand van de pluim en lijkt een efficiënte strategie te zijn voor het opnieuw lokaliseren van de centrumlijn van de pluim wanneer de geur verloren is. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u elektrontelegrammen van een muur-insectenpreparaat kunt opnemen en insectenantennes kunt gebruiken op olfactorische robots.