Wczesna technologia wprowadzania metamorficznego do monitorowania zachowania owadów w locie

Podsumowanie

Prezentujemy nowatorską procedurę chirurgiczną polegającą na wszczepieniu elektrod w Manduca sexta podczas jej wczesnych stadiów metamorficznych. Technika ta pozwala na mechanicznie stabilne i elektrycznie niezawodne sprzężenie z tkanką nerwowo-mięśniową w celu badania dynamiki neurofizjologii lotu. Prezentujemy również nowatorską platformę lewitacji magnetycznej do badań ziewania owadów na uwięzi.

Streszczenie

Technologia Wczesnej Metamorfozy (EMIT) to nowatorska metodologia integracji mikrofabrykowanych platform rejestrujących i aktywujących nerwowo-mięśniowe na owadach podczas ich metamorficznego rozwoju. W tym przypadku implanty są zrośnięte w strukturze i funkcji układu nerwowo-mięśniowego w wyniku metamorficznego przekształcania tkanki. Implanty pojawiają się wraz z owadem, gdzie rozwój tkanki wokół elektroniki podczas rozwoju poczwarki powoduje bioelektrycznie i biomechanicznie wzmocniony interfejs tkankowy. Ten stosunkowo bardziej niezawodny i stabilny interfejs byłby korzystny dla wielu badaczy badających neuronalne podstawy lokomocji owadów ze złagodzonymi traumatycznymi skutkami spowodowanymi podczas insercji w stadium dorosłym. W tym artykule wszczepiamy nasze elektrody do pośrednich mięśni lotu Manduca sexta. Zlokalizowane w klatce piersiowej grzbietowej, te główne lotki zasilające mięśnie grzbietowo-brzuszne i grzbietowo-podłużne uruchamiają skrzydła i dostarczają moc mechaniczną do ruchów w górę iw dół. Względny skurcz tych dwóch grup mięśni był badany w celu zbadania, w jaki sposób manewr odchylenia jest neurofizjologicznie skoordynowany. Aby scharakteryzować dynamikę lotu, owady są często uwiązane drutami, a ich lot jest rejestrowany za pomocą kamer cyfrowych. Opracowaliśmy również nowatorski sposób wiązania Manduca sexta na magnetycznie lewitującej ramie, w której owad jest podłączony do dostępnego na rynku bezprzewodowego wzmacniacza neuronowego. Taki układ można wykorzystać do ograniczenia stopnia swobody do "tylko" odchylania podczas przesyłania powiązanych sygnałów elektromiograficznych z grup mięśni grzbietowo-brzusznych i grzbietowo-podłużnych.

Wprowadzenie

Umieszczanie elektrod, nawet z dołączonymi systemami elektronicznymi do owadów do zastosowań rejestracji telemetrycznej, było główną metodą pozwalającą zrozumieć, jak funkcjonują systemy neuronowe podczas naturalnego lotu ¹. Dołączanie lub wszczepianie sztucznych systemów owadom wiąże się z wieloma wyzwaniami związanymi z możliwością zakłócenia naturalnego lotu owadów. Powierzchowne mocowanie lub chirurgiczne zakładanie sztucznych platform na dorosłego owada jest zawodne ze względu na możliwe przesunięcie się wstawionych urządzeń spowodowane siłami bezwładności i naprężeniami wywołanymi przez ciało. Elektrody przymocowane powierzchownie lub chirurgicznie są....

Protokół

UWAGA: Źródło materiałów i odczynników wymaganych do przestrzegania protokołu znajduje się w poniższej tabeli "Odczynniki".

1. Przygotowanie obwodów drukowanych (PCB) do nagrywania połączenia elektrod

UWAGA: Aby zapewnić praktyczną procedurę eksperymentalną, druty elektrodowe są przylutowane do płytki drukowanej, aby wprowadzić te elektrody do złącza FFC (elastyczny płaski).

1. Wytnij² kawałki laminatu miedzianego o wymiarach 0,5x5 cm.
2. Za pomocą markera z cienką końcówką narysuj trzy prostokątne podkładki o wymiarach 0,1 x 5 cm² jako wzory maski trawienia.
3. Wytraw....

Wyniki

Schemat całej procedury EMIT przedstawiono na Ryc. 1, gdzie ukazano główne etapy cyklu przeobrażeniowego ćmy jedwabnika oraz odpowiadające im kroki wprowadzania elektrod. Wprowadzenie elektrod należy przeprowadzić w późnym stadium poczwarki, od 4 do 7 dni przed wyjściem z poczwarki. Pozwala to włóknom mięśniowym rozwinąć się wokół elektrod i unieruchomić implant w organizmie owada.

Typowy wynik zakończonego procesu insercji w późnym stadium poczwarki, w którym wprowadzono dwie.......

Dyskusja

Istnieje kilka krytycznych etapów podczas chirurgicznego wprowadzania elektrod rejestrujących, które wpływają na zdolność do rejestrowania danych w późniejszych krokach protokołu. Elektrody rejestrujące powinny być wprowadzone do poczwarki jeden dzień po ujawnieniu plam na skrzydłach po jej grzbietowej stronie. Jeśli wprowadzenie zostanie wykonane dwa lub więcej dni po tym czasie, tkanka owada nie będzie miała wystarczająco dużo czasu, aby rozwinąć się wokół wprowadzonych elektrod i ustabilizować je. Może to prowadzić do.......

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule

Nazwa	Firma	Numer katalogowy	Komentarze
Drut ze stali nierdzewnej powlekany	A-M Systems	791900	0,008' ’ goły, 0,011' ’ powlekany, wyżarzany
Można użyć elastycznego drutu			Litz lub drutu indukcyjnego.
Złącze FFC do montażu powierzchniowego	Hirose Connector	FH28E-20S-0.5SH(05)
Pęseta	Grobet USA		Przed użyciem na owadzie należy oczyścić 70% alkoholem.
Kim-Wipes	Kimberly-Clark Worldwide	34155	Można używać delikatnych chusteczek chusteczek o dowolnym rozmiarze.
Taśma			Taśma teflonowa o szerokości 5 mm.
Igła podskórna	Becton Dickinson & Co.	30511	20-30 G. Wideo pokazało 30 G.
Sztywny kij			Można stosować różne materiały (np., mieszadełka do kawy)
Klatka			Plastikowa klatka dla zwierząt wyłożona papierem pakowym lub podobną wyściółką. Potrzebne są otwory wentylacyjne.
Kauteryzator termiczny	Advanced Meditech International	CH-HI CT2103 (końcówka)	Opcjonalne wyposażenie służące do nakładania wosku dentystycznego.
Wosk dentystyczny	Ortomechanika LC., Broken Arrow, Oklahoma		Opcjonalny materiał używany do stabilizacji elektrod na owadzie.
		lewitacji magnetycznej	Specjalnie zaprojektowana rama wykonana we własnym zakresie z prototypowaniem 3D.

elektrodowego teflonowa Można użyć igły podskórnej mocujący dla owadów Platforma