Wczesna technologia wprowadzania metamorficznego do monitorowania zachowania owadów w locie

Cześć, nazywam się Alex Derber i pracuję w laboratorium doktora Alberta Bosa. Jestem pracownikiem Wydziału Inżynierii Elektrycznej na Uniwersytecie Stanowym Karoliny Północnej. Dzisiaj zamierzamy zademonstrować nowatorską procedurę chirurgiczną wszczepiania elektrod u płci manica we wczesnych stadiach metamorficznych.

W tej procedurze, która nazywa się technologią wczesnej insercji metamorficznej, wszczepione elektrody są zintegrowane z tkanką owada w fazie metamorficznej źrenicy. Główną zaletą tej procedury jest to, że skutkuje ona stabilnym mechanicznie i elektrycznie niezawodnym sprzężeniem z tkanką nerwowo-mięśniową i pozwala na badanie neurofizjologii lotu owada. W fazie dorosłej IC Mensa przechodzi metamorficzny cykl życia, który trwa około 40 dni.

Mensa rozpoczyna swój cykl życiowy w stadium jaja. Po siedmiu do 10 dniach larwa wykluje się i osiągnie stadium larwalne trzeciej gwiazdy. Istnieje w sumie pięć stadiów larw gwiazdowych, a w każdym z tych stadiów larwy przechodzą zbieranie energii i wzrost.

Pięć do sześciu dni po piątym stadium larwalnym instalacji owad wejdzie we wczesne stadium źrenicy. W fazie źrenicy dochodzi do rozległej degeneracji programu, a następnie do regeneracji tkanek owadów. Przygotowując się do pojawienia się jako dorosła, owad spędza od 17 do 19 dni.

W fazie wczesnego ucznia, przed wejściem w fazę późnego źrenicy, w fazie późnego ucznia, chirurgicznie wprowadzamy elektrodę przewodzącą prąd elektryczny w grzbietową klatkę piersiową źrenicy. Tkanka rozwija się wokół wszczepionych elektrod i zabezpiecza ich przyczepienie do ciała owada. W ciągu kilku dni elektrody wprowadzone do klatki piersiowej źrenicy wyłaniają się jako część ciała owada w końcowym stadium dorosłym jako, wykorzystując w ten sposób odbudowę całego systemu tkankowego owada.

Podczas rozwoju metamorficznego elektrody są wszczepiane do pośrednich mięśni lotu w klatce piersiowej. Te grupy mięśni pośrednio odpowiedzialne za ruch skrzydeł to mięśnie grzbietowe brzuszne i grzbietowe podłużne. Tutaj zademonstrujemy wprowadzenie elektrody do mięśni grzbietowych brzusznych, pośrednio odpowiedzialnych za ruch skrzydła w górę.

Dzięki tej indukcji bezprzewodowo zarejestrujemy elektromiogram z mięśni grzbietowych brzusznych podczas ruchu. Ponieważ owad jest zawieszony na elektromagnetycznie lewitującej platformie w arenie LED, stymuluje to ruch. Procedura wczesnej technologii wstawiania metamorfozy rozpoczyna się od budowy płytki drukowanej, która będzie służyła jako interfejs między wprowadzonymi elektrodami a oprzyrządowaniem rejestrującym.

Druty elektrodowe są przylutowane na płytce drukowanej, która jest połączona płaskim, elastycznym złączem kablowym. Aby rozpocząć, zmierz i wytnij kwadratowy kawałek laminatu pokrytego miedzią o wymiarach 0,5 na pięć centymetrów za pomocą cienkiej końcówki, markera permanentnego i nożyczek za pomocą tej samej cienkiej końcówki, markera permanentnego. Narysuj trzy kwadratowe pola o wymiarach 0,1 na pięć centymetrów jako wzory masek trawiących.

Użyj urządzenia o prostej krawędzi, takiego jak linijka, aby wykonać oznaczenia na całej długości wycięcia z laminatu miedzianego. Upewnij się, że oznaczenia są pogrubione i nie zachodzą na siebie. Jeśli linie znaków nakładają się na siebie, elektrody zostaną zwarte.

Podczas wykonywania połączenia z płaskim, elastycznym złączem kablowym, przez co płytki stają się bezużyteczne, należy przenieść wycięcie z laminatu miedzianego do przewiewnego miejsca, najlepiej za pomocą okapu wyciągowego w celu wytrawienia oznaczeń na laminacie miedzianym. Zachowaj ostrożność podczas obchodzenia się z wytrawianiem płytki drukowanej, ponieważ jest to toksyczne. W przypadku połknięcia lub połknięcia i może podrażnić skórę w kontakcie, umieść taśmę teflonową na jednym końcu wycięcia z laminatu miedzianego, zakrywając około jednego centymetra na całej długości.

Następnie przymocuj wycięcie z laminatu miedzianego do wnętrza zlewki z podziałką za pomocą taśmy klejącej tak, aby połowa paska laminatu miedzianego była zanurzona w trawieniu. Umieść zlewkę na obrotowej platformie na 20 minut. Usuń wytrawiony laminat miedziany ze zlewki i umieść go w zlewce wypełnionej wodą na 10 minut.

W celu spłukania pozostałości nałóż alkohol iso propylowy na kawałek delikatnej chusteczki do wycierania i wytrzyj oznaczenia, aby odsłonić niewytrawione miedziane podkładki. Usuń wszelkie ślady markera permanentnego. Wytnij płytkę drukowaną na mniejsze kwadraty o długości około jednego centymetra.

Teraz, gdy płytki drukowane zostały wytrawione, elektrody muszą być przygotowane do zamocowania. Sugeruje się, aby czynności te były wykonywane przy pomocy wizualnej mikroskopu. Wytnij dwa kawałki powlekanego, klęczącego drutu ze stali nierdzewnej o średnicy 0,11 cala pokrytego i 0,008 cala gołego za pomocą ostrego ostrza, dwa odcinki po trzy centymetry każdy.

Te kawałki drutu ze stali nierdzewnej są aktywnymi elektrodami, które zostaną wprowadzone do klatki piersiowej owada. Za pomocą żyletki usuń od czterech do pięciu milimetrów plastikowej powłoki z każdego końca każdego drutu. Następnie wytnij.

Jeden 0,7-centymetrowy kawałek izolowanego drutu ze stali nierdzewnej, aby utworzyć przedłużenie końcówki dla elektrody uziemiającej. Delikatnie usuń powłokę żyletką, tak jak w poprzednim kroku lub stopić ją ciepłem lutownicy. Następnie przytnij jeden kawałek drutu lititz na długość 4,5 centymetra.

Do tego można również użyć drutu indukcyjnego. Przygotowany wcześniej 0,7 centymetrowy kawałek końcówki ze stali nierdzewnej do przewodu uziemiającego lititz. Odsłonięta końcówka ze stali nierdzewnej powinna znajdować się na końcu połączenia uziemiającego.

Przyklej wytrawioną płytkę drukowaną do obszaru za pomocą taśmy teflonowej. Umieść taśmę na płytce drukowanej tak, aby jeden do dwóch milimetrów padów pozwalał na przylutowanie elektrod do płytki. Zamaskowane, wolne od końce padów zostaną włożone do złącza FCC.

Wyrównaj trzy druty elektrody z taśmą teflonową tak, aby jeden koniec każdego z nich można było do odpowiednich pól elektrodowych na płytce elektrody. Dwie aktywne elektrody należy na padach w pobliżu krawędzi płytki. Podświetlone elektrody uziemiające należy na środkowej podkładce.

Nałóż topnik ze stali nierdzewnej na elektrody, aby ułatwić. Uważaj, aby uniknąć zwarcia połączeń padów poprzez nałożenie zbyt dużej ilości lutu. Zanurz elektrody w acetonie w alkoholu izopropylowym na 10 minut każda.

Do czyszczenia pozostałości lutu. Roztwory można wlewać do oddzielnych naczyń lub zlewek Aby poprawić wydajność czyszczenia, można umieścić elektrody w kąpieli ultradźwiękowej podczas zanurzenia I roztwory czyszczące. Owady będą najbardziej aktywne w okresie przejściowym między dniem a nocą.

Dlatego w komorze na owady należy ustanowić sztuczny cykl dnia i nocy za pomocą automatycznych timerów wylotowych. Powinny one być ustawione tak, aby symulowały siedmiogodzinny cykl ciemności i 17-godzinny cykl światła. Codziennie badaj oko manduka sex pu eye, aby określić odpowiedni czas wstawiania.

Oko pu są gotowe do włożenia około jednego dnia po skrzydełkach. Wstawienie ciemnych plam jest najbardziej skuteczne, gdy jest wykonywane siedem do czterech dni przed zamknięciem tutaj. Ciemniejszy pu na spodzie jest gotowy do chirurgicznego wprowadzenia elektrod w celu znieczulenia pui.

Umieść je w lodówce w temperaturze czterech stopni Celsjusza na około sześć godzin. Następnie przygotuj wstawienie obszaru roboczego. W miejscu pracy powinien znajdować się alkohol izopropylowy, ostre ostrza pęsety w igle podskórnej o rozmiarze 30.

Opcjonalnie klej cyjanoakrylowy może być użyty w celu poprawy mocowania elektrody, sterylizacji pęsety igłowej i elektrod poprzez zanurzenie ich w alkoholu izopropylo lub przetarcie. Po sześciu godzinach wyjmij źrenicę z lodówki i przenieś ją do miejsca pracy. Określ miejsce na grzbiecie klatki piersiowej, które odpowiada interesującej Cię grupie mięśni.

Tutaj interesują nas mięśnie grzbietowo-brzuszne odpowiedzialne za ruch skrzydeł w górę. Za pomocą ostrego ostrza lub igły podskórnej delikatnie podrapaj kwadratowy prostokąt jeden po drugim przez warstwę naskórka egzo. Za pomocą pęsety powoli odklej te kawałki.

Użyj pęsety, aby usunąć włosy ze skrzydeł z odsłoniętego obszaru klatki piersiowej. Opcjonalnie można użyć odkurzacza, aby wspomóc proces czyszczenia. Ważne jest, aby usunąć jak najwięcej włosów, aby uniknąć ingerencji w wprowadzone elektrody.

Powoli włóż igłę około pięciu milimetrów do meso thax, gdzie skrzydełka przyczepiają się do klatki piersiowej, aby utworzyć dwa punkty wkłucia skierowane na grupę mięśni. Pamiętaj, gdzie są wykonane otwory, ponieważ mogą być trudne do znalezienia, jeśli zostaną zgubione. Ustabilizuj poczwarkę na stole i użyj pęsety, aby wprowadzić dwie elektrody rejestrujące do dwóch punktów wprowadzania jako opcję, aby zwiększyć trwałość mechaniczną.

Oczyść wszystkie włosy wokół elektrod i obficie nałóż klej ciano accolate wokół każdego punktu wprowadzenia na klatce piersiowej za pomocą aplikatora drucianego. Przygotuj klatkę dla ELO z szorstkiego i teksturowanego materiału pokrywającego ściany i sufit, na który owad może się wspinać. Po pojawieniu się można użyć perforowanych pudełek kartonowych lub papieru do pakowania.

Przygotuj sztywne mocowanie. Kij o długości około sześciu centymetrów i średnicy dwóch milimetrów. Ostrożnie wsuń ten kij przez otwór pod wystającymi prosami.

Plastik miesza. Do tego kroku można użyć bawełnianego wacika lub metalowych drutów. Przymocuj obie strony kija do powierzchni klatki tak, aby poczwarka nie mogła się toczyć.

Umieść poczwarkę wewnątrz klatki tak, aby meso thax był skierowany do góry. Intensywny ruch może spowodować uszkodzenie elektrod, utratę spirali lub sprawić, że wprowadzenie stanie się bezużyteczne. Elektrodę uziemiającą należy wprowadzić do brzucha lub dystalnej części klatki piersiowej.

Aby uniknąć sprzężenia sygnałów, wprowadzenie disinu może odbywać się albo w późniejszych stadiach rozwoju źrenicy, albo po pojawieniu się owada. Miejsce wprowadzenia elektrody uziemiającej musi być przygotowane w tym etapie ucznia do włożenia etapu ucznia lub wstawienia etapu dorosłego. Tutaj w stadium dorosłym demonstruje się wprowadzenie elektrody uziemiającej.

Umieść je w lodówce w temperaturze czterech stopni Celsjusza na sześć godzin. Do unieruchomienia metodą zimna należy przygotować miejsce do wprowadzania, w tym alkohol izopropylowy, ostrą pęsetę, igłę podskórną o rozmiarze 30 rozmiaru, cyjan, klej kreolowy, kawałek drutu do nakładania kleju, opcjonalny kauteryzator termiczny w opcjonalnym sztyfcie do wosku dentystycznego. Tak jak poprzednio, zanurz igłę podskórną w alkoholu izopropylowym przed kontaktem z znajdującą się w punkcie wprowadzenia w odległości około jednego do dwóch centymetrów od elektrod rejestrujących wzdłuż tylnej części brzucha, powoli włóż igłę, aby nakłuć brzuch i zapewnić stronę wprowadzającą.

Igła nie powinna wnikać dalej niż cztery milimetry. Jeśli limfa krwawa pojawi się po stronie wkłucia, oznacza to, że igła została wprowadzona zbyt głęboko i istnieje mniejsze prawdopodobieństwo, że zabieg zakończy się sukcesem. Za pomocą pęsety ostrożnie włóż elektrodę uziemiającą w miejsce wprowadzenia i dociśnij, aż osiągnie głębokość od trzech do czterech milimetrów.

Przytrzymaj elektrodę na miejscu i użyj drutu, aby nałożyć klej wokół miejsca wprowadzenia jako opcjonalny krok. Aby jeszcze bardziej zwiększyć wytrzymałość mechaniczną wkładki, użyj kauteryzatora termicznego i zbierz małe dwa do trzech milimetrów wosku na końcówce. Umieść końcówkę blisko miejsca wprowadzenia i podgrzej tak, aby wosk otaczał elektrodę i mocno ją utrzymywał

Po schłodzeniu pozwól owadowi na jeden dzień dojść do siebie po wprowadzeniu przed przeprowadzeniem eksperymentów. Płytka adaptera z płaskimi, elastycznymi złączami kablowymi wymaganymi do połączenia płytki elektrod na owadzie z międzynarodową jednostką czołową triangle Biosystems. Płytka adaptera wykorzystuje wytrawioną miedzianą płytkę laminowaną, którą należy przygotować, postępując zgodnie z przedstawionymi wcześniej krokami w celu przygotowania krawędzi do płytki elektrody na stacji lutowniczej, płaskie elastyczne złącze kablowe do jednego końca przygotowanej płytki.

10-pinowe płaskie elastyczne złącze kablowe można do płytki za pomocą dwóch par pinów na krawędziach złącza i centralnej pary pinów stykających się z trzema miedzianymi padami. Następnie trzy 30-amerykańskie przewody połączeniowe do trzech padów. Na drugim końcu płytki ubij trzy mini złącza do trzech padów na płytce adaptera do odczytów oscyloskopu zgodnie z opisem.

W kolejnym etapie ustaw dwa z łączników prostopadle do krawędzi płytki. Środkowe złącze powinno być lekko odchylone w górę od płaszczyzny płyty, należy ubić drugi koniec tych trzech przewodów do złącza stopnia głównego. Dostarczone przez Triangle Biosystems International.

Płytka drukowana stopnia głównego powinna być następnie przymocowana na górze ramy lewitacji, aby wspomóc niezawodność elektrod i obserwować stosunek sygnału do szumu. Można uzyskać nagrania z oscyloskopu na uwięzi. Przed wdrożeniem bezprzewodowego systemu nagrywania podłącz oscyloskop do wielokanałowego wzmacniacza nagrywania neurologicznego AC.

Ustaw parametry wzmacniacza na górnoprzepustową częstotliwość odcięcia jednego herca, dolnoprzepustową częstotliwość odcięcia 20 kiloherców i wzmocnienie 100. Podłącz każde z żeńskich złączy mini wire na płytce adaptera do amplifier kanały wejściowe. Usuń owada za pomocą wszczepionej płytki elektrodowej z klatki.

Gdy jest w stanie aktywnym, kawałek tkanki można umieścić pod, aby odpoczął, zanim zostaną wykonane pomiary za pomocą pęsety, wsuń płytkę elektrody do płaskiego elastycznego odbiornika połączenia kablowego na płytce adaptera. Usuń tkankę znajdującą się pod owadem i obserwuj generowanie kolców elektromiogramu. Gdy owad trzepocze skrzydłami, przechwytuje i zapisuje dane na oscyloskopie.

Ten rysunek pokazuje sygnał potencjału mięśniowego uzyskany za pomocą oscyloskopu z jednego z mięśni przed i podczas trzepotania skrzydłami. Sygnał został przetworzony ze stukrotnym wzmocnieniem i filtrem górnoprzepustowym o częstotliwości jednego herca oraz filtrem dolnoprzepustowym o częstotliwości 20 kiloherców i okresie spoczynku. Nie obserwuje się potencjałów mięśniowych.

Potencjały mięśniowe podczas trzepotania skrzydłami występują przy około 15 do 20 hercach. Po zebraniu i zweryfikowaniu pomiarów oscyloskopu należy zebrać bezprzewodowe sygnały EMG. Można zbudować platformę lewitacji elektromagnetycznej do bezprzewodowego nagrywania sygnałów EMG podczas seksu na uwięzi Manus do lotu.

Platforma lewitacyjna składa się z ramy zaprojektowanej w celu zrównoważenia mechanizmu uwięziowego. Swobodna lewitacja unosząca się pozwala ramie, a tym samym owadowi na ciebie. Podczas testowania bez ograniczeń związanych z drutami mocującymi, rama może być szybko prototypowana za pomocą maszyny do modelowania osadzania topionego.

Ta obciążona magnesem rama jest lewitowana przez szereg elektromagnesów w platformie podstawowej. Ta lewitująca platforma znajduje się wewnątrz areny LED, która została zbudowana z 60 paneli składających się z układu pięciu na siedem pojedynczych diod LED. Arena sterowana jest za pomocą mikrokontrolera APIC 18 F 45 20, umożliwiającego symulację obrotu zarówno w prawo, jak i w lewo, a także kontrolę prędkości obrotowej.

Skonfiguruj bezprzewodowy system nagrywania TBSI. Podłączając stopień czołowy TBSI do złącza płyty adaptera na platformie lewitacyjnej. Usuń owada z klatki, gdy jest aktywny, najlepiej o świcie.

Za pomocą pęsety. Ostrożnie włóż płytkę elektrodową do płaskiego elastycznego na lewitującej ramie, tak aby owad był mocno zawieszony w zestawie. Umieść różdżkę magnetyczną w pobliżu przełącznika magnetycznego na głowie stage, aby aktywować bezprzewodową transmisję danych.

Zaświeci się niebieskie światło wskazujące, że stopień główny jest aktywny i gotowy do nagrywania. Wyłącz światła w pokoju, aby uzyskać całkowitą ciemność i otwórz oprogramowanie TBSI neuro aware na komputerze. Możesz użyć czerwonej lampy, aby dodać dodatkowe oświetlenie do pomieszczenia.

Wybierz odpowiedni plik konfiguracyjny. Pliki konfiguracyjne używane w tej procedurze to domyślne ustawienie W pięć. Następnie kliknij przycisk pokładu startowego w lewym górnym rogu początkowego interfejsu.

Aby rozpocząć viewsygnały, wybierz zakładkę okna wszystkie kanały do obserwacji sygnałów EMG w systemie nagrywania TBSI. Aby zapewnić niezawodne połączenie bezprzewodowe i działanie elektrod, włącz wszystkie elementy areny LED, regulowany zasilacz prądu stałego i mikrokontroler. Powoli balansuj platformą lewitacyjną na arenie.

Wybierz kartę nagrywania do binarnego w lewym panelu interfejsu nor aware. Wyznacz czas nagrywania i miejsce docelowe zapisu plików. Wybierz odpowiednie ustawienia wyjściowe, aby zapisać dane.

Kliknij przycisk Start, aby zainicjować sesję nagrywania w oprogramowaniu do nagrywania TBSI. Spowoduje to zapisanie pliku jako następnego pliku, który można zaimportować do powszechnie używanych programów do przetwarzania danych.

Obserwuj, jak owad leci w kierunku odpowiadającym ruchowi diod LED. Odwróć kierunek diod LED i potwierdź, że owad zmienia kierunek Wykonaj to tyle razy, ile chcesz. Pokazana strzałka wskazuje kierunek obrotu wzoru LED.

Strzałka zmieni kolor na żółty. Gdy owad wykona obrót w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, strzałka zmieni kolor na niebieski, gdy owad wykona obrót zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Odtwarzanie mowy z filmu jest o 50% szybsze niż normalnie.

Ten rysunek przedstawia sygnał potencjału mięśniowego uzyskany z oprzyrządowania bezprzewodowego dla jednego mięśnia przed i podczas trzepotania skrzydłami w okresie spoczynku. Nie obserwuje się potencjałów mięśniowych. Potencjały mięśniowe podczas trzepotania skrzydłami występują przy około 15 do 20 hercach.

Tutaj właśnie pokazaliśmy nagranie jednokanałowe. Jednak wielokanałowe nagranie wykonane w tej konfiguracji może być wykorzystane do obserwacji koordynacji między wieloma grupami mięśni podczas manewrów w locie. Właśnie pokazaliśmy, jak wykonać wczesną fazę metamorficzną wprowadzania elektrody do płci mężczyzny do poczwarki.

Ważne jest, aby wprowadzić lek w czasie w fazie późnego źrenicy, tak aby nie nastąpiło to zbyt wcześnie lub późno w fazie źrenicy. W przeciwnym razie możesz mieć problemy z uzyskaniem niezawodnej konfiguracji elektrod. Pokazaliśmy również, jak zmontować elementy elektryczne niezbędne do bezprzewodowego rejestrowania danych EMG z pośrednich mięśni lotu, podczas gdy owad lewituje na arenie LED.

Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w eksperymentach.