Usando insetos eletroantenogramas Sensores em robôs autônomos para Pesquisas olfativas

O objetivo geral deste procedimento é registrar eletrogramas ou EEGs de toda uma preparação de insetos e usar antenas de insetos como biossensores em robôs olfativos. Isso é feito primeiro amarrando o animal em um bloco de isopor. O segundo passo é colocar dois eletrodos EAG, um eletrodo de referência no pescoço do inseto e uma pipeta de gravação na ponta da antena.

Em seguida, os eletrodos são conectados a uma placa de eletrofisiologia com amplificação e filtragem de sinal adequadas. A etapa final é montar a preparação do EAG em um robô móvel. Em última análise, os resultados podem ser obtidos para mostrar a navegação olfativa em direção a uma fonte de odor usando sensores idênticos aos de animais reais.

Esta plataforma robótica fornece um meio direto para testar hipóteses sobre revestimento olfativo e navegação olfativa em insetos. A vantagem da técnica que vamos apresentar hoje em comparação com os métodos existentes baseados em impostos especiais de consumo e antena E, é que ela permite gravações estáveis por um longo período de tempo. Para registrar o EAG de uma preparação de inseto inteiro, primeiro clore dois fios de prata por imersão em solução de alvejante concentrada por 10 a 20 minutos e enxágue depois.

Este processo evita que os eletrodos polarizem Faça eletrodos de vidro a partir de capilares polidos a fogo com um eletrodo O polimento de fogo polar evita arranhões no fio de prata clorado com eletrodos. Em seguida, anestesie uma mariposa macho com dióxido de carbono e coloque-a dentro de um bloco de isopor com a cabeça saliente do topo, amarre a cabeça do inseto com fita adesiva ao redor do pescoço, insira um fio de prata servindo como eletrodo de referência no pescoço. Sob um microscópio estéreo, imobilize uma das antenas com tiras finas de fita adesiva na ponta e na base.

Corte os dois a três segmentos distais da antena com uma tesoura cirúrgica. Em seguida, posicione o eletrodo de vidro próximo à ponta cortada da antena com um micro manipulador. Corte a extremidade do capilar de vidro com uma pinça para obter um diâmetro ligeiramente maior que a ponta cortada da antena.

Encha a pipeta de vidro com a solução tampão. Em seguida, insira a ponta cortada da antena no capilar de vidro com o micro manipulador. Finalmente, deslize o fio de prata que serve como eletrodo de registro na extremidade maior do capilar de vidro para montar toda a preparação.

Ou seja, os eletrodos de insetos e o micro manipulador em uma placa de metal aparafusada na parte superior do robô. Projete uma interface de hardware para adaptar a tensão de saída EAG à faixa apropriada para a placa de extensão do robô, conforme descrito no protocolo de texto. Inclua brevemente um amplificador de alta impedância de entrada, um filtro passa-baixo e passa-alto e um amplificador de segundo estágio.

Em seguida, conecte os eletrodos às entradas diferenciais EAG. Conecte o eletrodo de gravação à entrada inversora do pré-amplificador para obter EEGs positivos. Um software c plus plus personalizado foi desenvolvido para implementar uma interface gráfica do usuário e várias funções para detecção de sinal e controle do robô.

A detecção de sinal pode ser realizada modelando os mecanismos neurais que permitem a detecção rápida e confiável de feromônios. Em mths, imitando a biologia em mths, os neurônios centrais que recebem entrada da antena respondem ao feromônio com um padrão de disparo estereotipado de inibição de excitação Para obter a detecção de sinal, implemente o modelo de neurônio como equações diferenciais, que podem ser encontradas no protocolo de texto. Detecte o feromônio sempre que uma explosão de excitação definida como três intervalos consecutivos entre picos.

Menor que 70 milissegundos é seguido por inibição definida por um intervalo entre espinhos maior ou igual a 350 milissegundos. EEGs em resposta a pulsos de feromônio são mostrados que o sistema de medição pode resolver pulsos de feromônio de até 10 hertz. O EAG foi registrado periodicamente em resposta a estímulos de feromônios para testar a estabilidade ao longo do tempo de toda a preparação do inseto.

Em comparação com o excisado e as antenas, toda a preparação do inseto mostra boa estabilidade em um dia de trabalho. Em contraste, os EEGs registrados em antenas isoladas diminuem rapidamente com o tempo, de modo que o sinal cai para metade de seu valor inicial após apenas 1,5 horas. Desta vez, a dependência é descrita por um decaimento exponencial com uma vida útil de duas horas.

Finalmente, foi testada a capacidade da plataforma robótica EAG de procurar uma fonte de odor usando uma estratégia de busca reativa. A estratégia de busca combina surto contra o vento toda vez que o feromônio é detectado com fundição em espiral. Na ausência de detecções sem a fonte de odor, o EAG permanece em torno de zero com muito poucas ou nenhuma detecção, o robô realiza a fundição em espiral e geralmente deixa o espaço de busca antes de chegar ao local de destino.

Por outro lado, com a fonte de odor, o EAG apresenta explosões de atividade de detecções entrelaçadas com períodos de silêncio de nenhuma detecção. A fundição em espiral ocorre principalmente no contorno da pluma e parece ser uma estratégia eficiente para realocar a linha central da pluma quando o odor é perdido. Depois de assistir a este vídeo, você deve ter um bom entendimento sobre como gravar telegramas de elétrons de uma preparação de insetos de parede e usar antenas de insetos em robôs olfativos.