This work was funded by the state program Investissements d&#8217;avenir managed by ANR (grant ANR-10-BINF-05 'Pherotaxis').

<html> El protocolo se basa en un robot disponible en el mercado (véase la tabla de Materiales) y las polillas masculinas (Agrotis Ipsilon) con su feromona sexual. Sin embargo, se puede adaptar con modificaciones menores a otras especies de insectos, odorantes, y robots. 1. Insectos <ol><li> Larvas trasero de Agrotis ipsilon Hufnagel (Lepidoptera: Noctuidae) en una dieta artificial y mantenerlos en vasos de plástico individuales hasta la pupación en 23 ± 1 ° C y una humedad relativa de 50 ± 5% como se describió previamente 24. </li><li> Sexo pupas y mantener los machos adultos por separado de las hembras en cajas de plástico. Darles acceso gratuito a una solución de sacarosa al 20%. </li><li> Lleve a cabo los experimentos con los varones. Los machos son muy sensibles a la feromona sexual emitida por sus hembras de la misma especie. En A. ipsilon, el componente principal de feromonas, acetato de cis-7-dodecenilo (Z7-12: OAc) es el compuesto más activo en la antena. </li></ol>í tulo &quot;&gt; 2. Electrofisiología <ol><li> Registre el EAG partir de una preparación-conjunto de insectos, tal como se describe a continuación (Figura 1A). Antenas intactas se prefieren sobre antenas extirpada debido a que presentan una vida útil más larga (ver resultados representativos). </li><li> Clorar dos alambres de plata por inmersión en una solución de lejía concentrada durante 10-20 min y enjuague después. Este proceso evita que los electrodos de polarización. Se tiene que ser repetido cada vez que se desplaza la línea de base durante los experimentos o cuando la tensión de offset entre los electrodos se vuelve demasiado grande para ser compensada por el amplificador. </li><li> Hacer electrodos de vidrio de los capilares pulido fuego con un extractor de electrodos. Pulido al fuego evita arañar el alambre de plata clorada con electrodos. </li><li> Anestesie una polilla macho con CO 2 y colocarlo dentro de un bloque de espuma de poliestireno con la cabeza que sobresale de la parte superior. </li><li> La atadura de la cabeza del insecto con cinta de pintor alrededor del cuello. </li><li> Inserte un alambre de plata que actúa como electrodo de referencia en el cuello. </li><li> Bajo un microscopio estereoscópico, inmovilizar una de las antenas con finas tiras de cinta de pintor en la punta y la base. </li><li> Recorta las distales 2-3 segmentos de la antena con tijeras quirúrgicas. </li><li> Coloque el electrodo de vidrio cerca de la punta de corte de la antena con un micromanipulador. </li><li> Cortar el extremo del capilar de vidrio con fórceps para obtener un diámetro ligeramente más grande que la punta de corte de la antena. </li><li> Llenar la pipeta de vidrio con (en mM) 6,4 de KCl, 340 de glucosa, 10 HEPES, 12 de MgCl 2, 1 de CaCl 2, 12 de NaCl, pH 6,5. </li><li> Inserte la punta de corte de la antena en el capilar de vidrio con el micromanipulador. </li><li> Deslice el hilo de plata que actúa como electrodo de registro en el mayor extremo del capilar de vidrio. </li></ol> 3. Interfaz de Hardware <ol><li> Montar toda la preparación, es decir, de insectos-electrodos-micromanipulador, en una placa de metal atornillada en la parte superior del robot (Figura 1B). Conectar los electrodos al robot, como se describe a continuación. </li><li> Basándose en trabajos anteriores 25 a 26, el diseño de una interfaz de hardware para adaptar el voltaje de salida EAG (orden de 1 mV en varios MΩ) para el rango apropiado para la tarjeta de extensión del robot. La junta acepta 0-5 entradas analógicas V y un voltaje negativo por debajo -200 mV puede causar graves daños. Siga el 3.2.1 3.2.4 pasos para diseñar la interfaz con Eagle. <ol><li> Diseñar una fuente de alimentación ± 5V a partir de una batería de 12 V con el regulador de voltaje 78L10 (① en las figuras 2A-2C). </li><li> Diseñar un preamplificador headstage (10X) en base a la instrumentación amplificador INA121 (③ en las figuras 2A-2C). </li><li> Diseño de un amplificador de la segunda etapa (25X) con filtrado de ruido (primera orden de paso alto filtro de 0,1 Hz, de segundo orden de paso bajo filtro de 500 Hz, filtro notch 50 Hz) basados ​​en quad op-amps LT1079 (315; en las figuras 2A-2C). </li><li> Diseñar una etapa de acondicionamiento de señal que calcula con amplificador operacional LT1079 y el diodo 1N4148 (⑤ en las figuras 2A-2C). La ganancia total es de 250 y la salida EAG es en el rango de 0-5 V siendo cero a 2,5 V. </li></ol></li><li> Conecte los electrodos a las entradas diferenciales EAG (② en las figuras 2A-2C). Conectar el electrodo de registro a la entrada inversora de la INA121 para obtener EAG positivos. </li><li> Conecte la salida de EAG (⑥ en las figuras 2A-2C) para las 12 entradas analógicas de la tarjeta de extensión del robot. A medida que cada entrada se lee secuencialmente cada milisegundo, la frecuencia de muestreo es de 1 KHz. </li></ol> 4. Interfaz de software Los hilos principales contienen una interfaz gráfica de usuario (GUI), métodos para la detección de la señal y diversas funciones para controlar el robot. <ol><li> Escribe una GUI (Figura 2D) en Qt-C + + fo<html> visualización de datos r, el filtrado digital (filtro de paso bajo Butterworth 20 Hz 5 º orden) y la detección de olores de la EAG. Este último se puede realizar de dos maneras: o bien mediante la desconvolución la EAG con un filtro apropiado (enfoque de ingeniería de la sección 4.2), o mediante el modelado de los mecanismos neuronales que permiten la detección de feromonas rápido y confiable en A. polillas Ipsilon (enfoque bioinspirado, sección 4.3). </li><li> Filtro de deconvolución. El GAE está bien descrita por una cascada no lineal 27 que consta de una no linealidad estática <img alt="Ecuación 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq1.jpg" /> y un filtro de paso bajo de 1er orden con función de impulso exponencial <img alt="Ecuación 2" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq2.jpg" /> para <img alt="Ecuación 3" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq3.jpg" /> , Véase la Figura 3A. En respuesta a las fluctuaciones de la concentración de olorluación 4 &quot;fo: content-width =&quot; 0.3in &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51704/51704eq4.jpg &quot;/&gt;, la salida EAG viene dada por la integral de convolución <img alt="Ecuación 5" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq5.jpg" /> . Deconvolución se obtiene simplemente por el inverso del sistema; es decir <img alt="Ecuación 6" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq6.jpg" /> en el dominio de la frecuencia. Entonces, <img alt="Ecuación 7" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq7.jpg" /> como la transformada de Fourier de la respuesta de impulso es <img alt="Ecuación 8" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq8.jpg" /> . Para la detección de la señal, siga el 4.2.1 pasos para 4.2.3. <ol><li> Realizar el proceso de deconvolución en el dominio del tiempo como <img alt="Ecuación 9" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq9.jpg" /> y <img alt="Ecuación 10" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq10.jpg" /> , La Figura 3B. </li&gt; <li> Aproximar la no linealidad <img alt="Ecuación 11" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq11.jpg" /> por una función polinómica. Ajustar los parámetros del polinomio y la constante de tiempo de pares de datos de entrada-salida para reducir al mínimo el error cuadrático medio entre lo real <img alt="Ecuación 4" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq4.jpg" /> y reconstruido <img alt="Ecuación 12" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> concentración de olor. </li><li> Detectar los éxitos de feromonas siempre <img alt="Ecuación 12" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> supera un umbral predefinido. </li></ol></li><li> Detector neuromórfica. Un enfoque alternativo para la detección consiste en la imitación de la biología. En A. polillas Ipsilon, las neuronas centrales que reciben aportes de la antena responden a las feromonas con un patrón de disparo estereotipada de excitación-inhibición 13. A Hodgkin-Huxley tipo modelo neurona con cuatro corrientes iónicas <img alt="Ecuación 13" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq13.jpg" /> (Un rectificador retrasado K + actual, dependiente de voltaje de Na + y Ca 2 + corrientes, una pequeña conductancia Ca 2 + K + dependiente actual) fue desarrollado previamente para reproducir las respuestas fisiológicas observadas 13. Para la detección de la señal, siga el 4.3.1 pasos para 4.3.3. <ol><li> Implementar el modelo de neurona en forma de ecuaciones diferenciales. Utilice la señal de EAG como corriente de entrada <img alt="Ecuación 14" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq14.jpg" /> en la evolución del potencial de membrana <img alt="Ecuación 15" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq15.jpg" /> . Utilice una capacitancia C de membrana = 22,9 pF y una corriente de fuga dada por <img alt="Ecuación 16" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq16.jpg" /> con conductancia g L = 0.011161 mS yreversión potencial E L = -61,4 mV. Las corrientes iónicas se describen por <img alt="Ecuación 17" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq17.jpg" /> con <img alt="Ecuación 18" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq18.jpg" /> por donde <img alt="Ecuación 19" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq19.jpg" /> son funciones no lineales de V. Ver trabajo previo 13 para los detalles. </li><li> Simular el modelo de neuronas en tiempo real con Sirene mediante la integración de las ecuaciones diferenciales con un método de Runge-Kutta de 4 º orden y un paso de tiempo <img alt="Ecuación 20" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq20.jpg" /> = 0,01 mseg. Ejecute la prueba de pico V (t f)&gt; 0 mV y V (t f - <img alt="Ecuación 20" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq20.jpg" /> ) &lt;0 mV en línea para obtener tiempos de pico y interspike intervalos. </li><li> Detectar laéxitos de feromonas cuando una ráfaga de excitación (3 intervalos consecutivos interspike &lt;70 ms) se sigue por la inhibición (interspike intervalo ≥ 350 ms), ver la figura 3C. </li></ol></li></ol>

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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Olfactory+searches+with+limited+space+perception).">Olfactory searches with limited space perception).</a> PNAS. 110, 11261-11266 (2013).</li><li>Masson, J. -. B., Bailly Bechet, M., Vergassola, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chasing+information+to+search+in+random+environments.">Chasing information to search in random environments.</a> J. Phys. A: Math. Theor. 42, (2009).</li></ol>

Authors have nothing to disclose.

Hace casi veinte años, Kanzaki y sus colegas desarrollaron la idea de usar EAG en robots olfativas 29-30. Su técnica se basó originalmente en antenas extirpado. Aquí, se registraron a partir de antenas intacta para mejorar la sensibilidad y el tiempo de vida de la preparación. Otros estudios 31-32 también notaron la superioridad de los preparativos de todo el cuerpo aislado más de antenas. En nuestros experimentos robóticos, experimentamos grabaciones estables dentro de un día. En contraste, EAG grabado en aislado antenas tienen una vida útil de 2 horas (Figura 5). Nuestra plataforma-EAG robótica fue desarrollado principalmente para probar hipótesis biológicas sobre codificación olfativo y estrategias de búsqueda en los insectos 13. Al igual que en las neuronas centrales que reciben aportes de antenas de insectos, conectamos un modelo de neurona a una antena de la polilla real en un robot y se realizó la detección de feromonas en función de su patrón de disparo. Los eventos de detección y no detección fuerona continuación, se utiliza para conducir el robot hacia la fuente de feromona. La estrategia de búsqueda reactiva considerado aquí se inspiró en los patrones de comportamiento de las polillas machos atraídos por una feromona sexual. Funcionó bien en condiciones de laboratorio (Figura 6), lo que permite la localización de una fuente de baja emisión (dosis de 10 mg de feromona en nuestro caso frente a 10 mg en trabajos previos 24) en un espacio relativamente grande de búsqueda (distancia inicial de la fuente de 2 m frente a 10 cm en los experimentos previos 20-21). Estos experimentos robóticos deben considerarse como una prueba de concepto que demuestra que las antenas de insectos son adecuados para búsquedas olfativas robóticos. Aunque las antenas de insectos son conocidos por responder a gases tóxicos, drogas y explosivos 9-11, se necesitan varias extensiones para hacer frente a las aplicaciones del mundo real. En primer lugar, un método de búsqueda más sofisticado 34-36 puede ser más eficiente en distancias más allá de 10 m, cuando la readquisiciónde hace muy poco probable que la columna de humo. En segundo lugar, puede ser necesario combinar EAG de diferentes especies en una configuración de la nariz bio-electrónico 14 con el fin de detectar odorantes de intereses. En tercer lugar, la capacidad de detección estéreo obtenidos mediante el registro de las dos antenas del mismo insecto puede resultar beneficioso en términos de eficacia. Dos sensores empleados en paralelo pueden de hecho aumentar la direccionalidad. En cuarto lugar, las extensiones de la estrategia de búsqueda para las búsquedas robóticas colectivos 37 son deben ser considerados para aplicaciones prácticas, incluso si no son biológicamente relevante en el caso de las polillas.

Hoy en día, los animales como los perros se utilizan con frecuencia en aplicaciones de seguridad y de seguridad que implican la localización de los derrames químicos, drogas y explosivos, debido a sus excelentes capacidades de detección de olor 16. Sin embargo, muestran variaciones de comportamiento, se cansa después de un extenso trabajo, y requieren recapacitación frecuentes a medida que su rendimiento disminuye con el tiempo 17. Una manera de sortear estas limitaciones es reemplazar los perros entrenados por robots olfativas. No obstante, el seguimiento de los olores y las fuentes de olor es un reto importante en la robótica. En entornos turbulentos, el paisaje de una pluma de olor es muy heterogéneo e inestable, y se compone de forma esporádica ubicados parches 4. Incluso a distancias moderadas de la fuente, tan corto como unos pocos metros, las detecciones se hacen esporádicas y sólo proporcionan señales de forma intermitente. Por otra parte, los gradientes de concentración locales durante detecciones generalmente no apuntan a la fuente. Dada discoflujo ontinuous de información y la información local limitada cuando se realizan detecciones de cómo navegar un robot hacia la fuente? Es bien sabido que los insectos como las polillas machos utilizan la comunicación química para localizar con éxito a sus compañeros a través de distancias largas (cientos de metros). Para ello, adoptan un comportamiento estereotípico 18-20: van surgiendo ceñida al detectar un parche en el olor y llevar a cabo una búsqueda extendida llamada colada cuando la información del olor se desvanece. Esta estrategia de aumento de fundición a presión es puramente reactiva, es decir, las acciones están completamente determinados por las percepciones actuales (eventos de detección y no detección). Sin embargo, su aplicación en robots olfativas tuvo un éxito limitado en el pasado debido a la detección de parches de olor se ve obstaculizada por la lentitud de los sensores de gas artificiales. Sensores de óxido metálico usadas en la mayoría de los robots olfativas tienen respuesta y los tiempos de recuperación de varias decenas de segundos, por lo que generalmente filtranlas fluctuaciones de concentración encontrados en penachos turbulentos 21. En contraste, el tiempo de respuesta de los quimiorreceptores de insectos es mucho más corto, por ejemplo, el tiempo de subida de electroantenogramas de insectos (GCE) es menos de 50 mseg 22. En consecuencia, mediante el uso de EAG insectos, los pulsos de olor se resuelven en las frecuencias de varios 23 Hertz. Esta propiedad hace que los sensores de EAG muy adecuado para la detección de filamentos de olor en plumas naturales. Se describe aquí un protocolo para la incrustación de EAG insectos en robots que permiten búsquedas olfativas eficientes utilizando la oleada y fundición estrategias.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="681">
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:179px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:167px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="85" rowspan="2" style="height:85px;width:216px;">Agrotis ipsilon&#160;</td>
			<td style="width:179px;">PISC&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;"></td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">moth</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:179px;">http://www-physiologie-insecte.versailles.inra.fr/indexenglish.php</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="43" rowspan="2" style="height:43px;width:216px;">Robot Khepera III&#160;</td>
			<td style="width:179px;">K-team&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;"></td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Khe3Base + KorBotLE + KorWifi</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">www.k-team.com</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">KoreIOLE</td>
			<td style="width:179px;">K-team</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Input/output extension board</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="43" rowspan="2" style="height:43px;width:216px;">EAG-robot interface</td>
			<td style="width:179px;">LORIA&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;"></td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">Custom-made hardware and software</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:179px;">www.loria.fr</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="42" rowspan="2" style="height:42px;width:216px;">Sirene</td>
			<td rowspan="2" style="width:179px;">LORIA&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;"></td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">neuronal simulator sirene.gforge.inria.fr</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="41" rowspan="2" style="height:41px;width:216px;">Eagle</td>
			<td rowspan="2" style="width:179px;">CadSoft www.cadsoftusa.com</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;"></td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">PCB design software</td>
		</tr>
		<tr height="21">
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Micromanipulator</td>
			<td style="width:179px;">Narishige / Bio-logic</td>
			<td style="width:119px;">UN-3C</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Magnet base</td>
			<td style="width:179px;">Narishige/ Bio-logic</td>
			<td style="width:119px;">USM-6</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Adapter</td>
			<td style="width:179px;">Narishige/ Bio-logic</td>
			<td style="width:119px;">UX-6-6</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Rotule</td>
			<td style="width:179px;">Narishige/ Bio-logic</td>
			<td style="width:119px;">UPN-B</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Micro scisors</td>
			<td style="width:179px;">MORIA / Phymep</td>
			<td style="width:119px;">15371-92</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Stereo microscope Zeiss St&#233;mi 2000</td>
			<td style="width:179px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">B19961</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Light source 20W KL200</td>
			<td style="width:179px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">W41745</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Narishige PC-10 Na PC-1</td>
			<td style="width:179px;">Narishige</td>
			<td style="width:119px;">Narishige PC-10</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Capillaries Na PC-1</td>
			<td style="width:179px;">Fisher scientific</td>
			<td style="width:119px;">C01065</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Pheromone cis-7-Dodecenyl acetate(Z7-12:OAc)</td>
			<td style="width:179px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">259829</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Pack of 3 pipettes&#160;</td>
			<td rowspan="2" style="width:179px;">Eppendorf</td>
			<td rowspan="2" style="width:119px;">4910000514</td>
			<td rowspan="2" style="width:167px;">For pheromone dilution and deposition on paper filter</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">2-20 &#181;l/ 50-200 &#181;l/ 100-1000 &#181;l&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Gas sensor TGS2620&#160;</td>
			<td style="width:179px;">Figaro www.figarosensor.com</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Optional, for comparison with EAG</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">electrode puller&#160;</td>
			<td style="width:179px;">Narishige&#160;</td>
			<td style="width:119px;">PC-10</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using insect electroantennogram sensors on autonomous robots for olfactory searches

Los robots diseñados para rastrear fugas químicas en instalaciones industriales peligrosas 1 o rastros de explosivos en campos minados 2 enfrentan el mismo problema que los insectos en busca de alimento o la búsqueda de compañeros 3: la búsqueda olfativa se ve limitada por la física del transporte turbulento 4. El paisaje concentración de olores Wind Borne es discontinua y consiste en parches esporádicamente ubicados. Un pre-requisito para la búsqueda olfativa es que los parches de olores intermitentes se detectan. Debido a su alta velocidad y la sensibilidad de 5-6, el órgano olfativo de los insectos ofrece una oportunidad única para la detección. Antenas de insectos se han utilizado en el pasado para detectar no sólo las feromonas sexuales 7, sino también productos químicos que son relevantes para los seres humanos, por ejemplo, compuestos volátiles que emanan de las células cancerosas 8 o sustancias tóxicas e ilícitas 9-11. Se describe aquí un protocolo para el uso de antenas de insectos en robots autónomos unad presentar una prueba de concepto para el seguimiento de los penachos de olor a su fuente. La respuesta global de las neuronas olfativas se registra in situ en la forma de electroantenogramas (GCE). Nuestro diseño experimental, basado en una preparación de insectos conjunto, permite grabaciones estables dentro de un día de trabajo. En comparación, el GCE sobre antenas extirpados tienen una duración de 2 horas. Una interfaz de hardware personalizado / software fue desarrollado entre los electrodos de EAG y un robot. El sistema de medición de olor resuelve parches individuales de hasta 10 Hz, que es superior a la escala de tiempo de los sensores químicos artificiales 12. La eficiencia de sensores EAG para búsquedas olfativas se demuestra adicionalmente en la conducción del robot hacia una fuente de feromona. Mediante el uso de estímulos y sensores olfativos idénticos como en animales de verdad, nuestra plataforma robótica ofrece un medio directo para probar hipótesis biológicas sobre codificación olfativo y estrategias de búsqueda 13. También puede resultar beneficioso para detectar otros olores de interés, porcombinando EAG de diferentes especies de insectos en una configuración de la nariz bioelectrónica 14 o el uso de sensores de gas nanoestructurados que imitan insectos antenas 15.

El protocolo descrito anteriormente se ensayó primero con cortos impulsos de 20 mseg de feromona (dosis 1 microgramos y 10 microgramos) directamente inflado en la antena. Figura 4A muestra los GCE en respuesta a pulsos de feromonas. Ellos son positivos debido a que el electrodo de registro se conecta a la entrada inversora del amplificador, como se describe en el paso 3.3. Como se indica por el espectro de potencia, el sistema de medición es capaz de resolver los pulsos de feromonas de hasta 10 Hz. Para la comparación, también a prueba un sensor de gas disponible en el mercado. El TGS2620 es un sensor de óxido de metal fabricado para la detección de vapores de disolvente. Aunque el sensor presenta una alta sensibilidad a etanol, que era incapaz de seguir las variaciones en la concentración (véase la curva de trazos en la Figura 4B). El problema vino de la caja del sensor. El TGS2620 se comercializa con una tapa que tiene una gasa de acero inoxidable resistente a la presión. El tiempo de respuesta es lenta porque, en la práctica, se necesita uncierto tiempo para que el gas se difunda a través de la gasa y llegar a la superficie de óxido de metal. La recuperación también es lento porque se necesita tiempo para limpiar el sensor cuando el gas queda atrapado dentro de la tapa. Por lo tanto, quita la tapa y esta modificación mejorado la dinámica de manera significativa (véase la curva normal en la figura 4B). Sin embargo, había un factor de diez entre la EAG y el TGS2620 (10 Hz frente a 1 Hz). Esta comparación es sin embargo cualitativa que el EAG y el TGS2620 no fueron probados en las mismas condiciones. A continuación, se evaluó la estabilidad en el tiempo de todo-insecto nuestra preparación (n = 12 polillas) como en comparación con antenas extirpado (n = 7 antenas). La EAG se registró periódicamente en respuesta a estímulos de feromonas (duración 500 ms, 1 mg de dosis). EAG primas (en mV) se convirtieron a EAG relativos (porcentajes del valor inicial obtenido en el tiempo t = 0). Figura 5 muestra muy buena estabilidad de nuestra preparación integral de insectosparación dentro de un día de trabajo. En contraste, EAG registraron en aislado antenas disminución rápidamente con el tiempo para que la señal cae a la mitad de su valor inicial después de sólo 1,5 horas. Esta dependencia del tiempo está bien descrito por un decaimiento exponencial con una duración de 2 horas. Por último, hemos probado la capacidad del PLATEFORM robótico EAG para buscar una fuente de olor (compuesto de feromona Z7-12: OAc) mediante una estrategia de búsqueda reactiva (Figura 6A). La estrategia de búsqueda combina aumento en contra del viento cada vez que la feromona se detecta con la fundición en espiral en la ausencia de detecciones 28. La presencia de la feromona se detecta a partir de la EAG por el detector neuromórficos, como se describe en el paso 4.3. Dos ejemplos de EAG registrados durante la búsqueda se muestran en la Figura 6B. Sin la fuente de olor, el EAG se mantiene en torno a cero (es decir, 2,5 V) con muy pocas o ninguna las detecciones. El robot realiza la fundición de espiral y generalmente deja el BEF espacio de búsquedamineral de llegar a la ubicación de destino (en el 92% de los ensayos, n = 26 ensayos, la Figura 6C derecha). Con la fuente de olor (Figura 6C izquierda), la EAG presenta ráfagas de actividad (detecciones) entrelazados con los períodos de silencio (no hay detecciones). Fundición espiral se produce principalmente en el contorno de la pluma (Figura 6C izquierda, línea roja) y parece ser una estrategia eficaz para la reubicación de la central de la pluma cuando se pierde el olor. En esta condición, la fuente se encuentra en general (tasa de éxito = 96%, n = 44 ensayos). <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1. Entero insecto preparación EAG y configuración robótico. A) El electroantenograma (EAG) se registró a partir de una preparación entera de insectos (véase el texto para más detalles). B) La preparación se monta en el Robot. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig1highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Interfaz de hardware-software. A) esquemática Águila del hardware. El circuito consta de seis secciones (ver texto para más detalles). Permite filtrado (banda de frecuencia de 0,1 a 500 Hz, muesca a 50 Hz), amplificación (250X total de ganancia) y acondicionamiento de señales en el rango de 0 a 5 V. B) diseño de Eagle que muestra las líneas de cobre (la parte superior es de color rojo y la inferior en azul) y los agujeros (en verde). C) Placa de circuito impreso (PCB) que muestra los elementos discretos. D) de interfaz gráfica de usuario (GUI) escrito en Qt-C + + para la visualización de datos (trazo rojo = entrada EAG, verde rastro= Salida del modelo de la neurona), el diseño del filtro y detección de señal. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig2highres.jpg" target="_blank">Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Detección de la señal de la EAG. A) Modelo electroantenograma (EAG). La EAG se modela por una cascada lineal 27 que consta de una no linealidad estática seguido de un filtro de paso bajo 1 º orden con función de impulso exponencial <img alt="Ecuación 21" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq21.jpg" /> . La salida EAG está dada por la integral de convolución con <img alt="Ecuación 22" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq22.jpg" /> . B) Enfoque de Ingeniería. El filt deconvolucióner escribe <img alt="Ecuación 23" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq23.jpg" /> y <img alt="Ecuación 24" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq24.jpg" /> , Véase el texto para más detalles. Se detectan encuentros olor (hits) siempre <img alt="Ecuación 12" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> supera a. C) enfoque inspirado-Bio umbral predefinido. Un modelo de neurona tipo Hodgkin-Huxley con cinco corrientes internas (fuga, K +, Na +, Ca 2 + y SK) se utiliza para reproducir el patrón de activación observada de excitación-inhibición (EI) observó experimentalmente 13. Para la detección de la señal, se utiliza la señal de EAG como corriente de entrada y éxitos se detectan cuando una ráfaga de excitación es seguido por la inhibición de la actividad de disparo. <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig4highres.jpg" width="500" /> &lt;<html> br /&gt; Figura 4. Tiempo de respuesta EAG. A) las grabaciones de EAG en respuesta a 20 pulsos de feromonas ms (dosis 1 mg y 10 mg) entregados a diferentes velocidades (1, 2, 4, 6, 8 y 10 pulsos / seg). El espectro de potencia EAG normalizada se muestra para un estímulo pulsado en 1 y 10 Hz (dosis de 1 mg y 10 mg). El GAE resuelve los pulsos individuales de hasta 10 Hz. B) Grabaciones de sensor de gas TGS2620 en respuesta a etanol (concentración fluctuante). Las curvas de trazos de fricción son la respuesta del sensor con y sin la tapa, respectivamente. El sensor con la tapa tiene un tiempo de respuesta de decenas de segundos y por lo tanto no puede sigue las fluctuaciones en la concentración de gas. El TGS2620 sin tapa resuelve fluctuaciones individuales de hasta 1 Hz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig4highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> siempre &quot;&gt; <img alt="La figura 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig5highres.jpg" width="500" /> Figura 5. EAG estabilidad (preparación de insectos conjunto vs antena extirpado). El GAE se registró cada hora durante 8 horas para la preparación de todo el insecto (n = 12 polillas) y cada 20 minutos durante 3,2 h para antenas extirpado (n = 7 antenas). La figura muestra EAG relativas (porcentajes del valor inicial obtenido en el tiempo t = 0). La dependencia del tiempo para antenas extirpado está bien equipada por un decaimiento exponencial con una vida útil de 2 horas (vida media de 1,5 horas). <img alt="La figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. Experimentos robóticos. A) La estrategia de aumento de fundición a presión combina oleada contra el viento en elpresencia del olor con la fundición en espiral en su ausencia 28. B) EAG típica registrada durante la búsqueda, mientras que el robot se mueve (con y sin el olor). c) las trayectorias de robot con olor (n = 44 ensayos) y sin olor (N = 26 ensayos). La línea discontinua roja representa el contorno de la pluma donde se ha producido el 90% de todas las detecciones durante los ensayos. Condiciones experimentales: espacio de búsqueda = 4 mx 2,5 m, la velocidad del robot = 5,6 cm / seg, target = 10 mg de feromona depositada en un filtro de papel y reemplazado cada 2 ensayos, robot ubicación inicial = 2 m de la meta, la velocidad del viento = 0.9 ± 0,2 m / s en la ubicación de destino. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig6highres.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

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Using Insect Electroantennogram Sensors on Autonomous Robots for Olfactory Searches

We describe a protocol for using insect antennae in the form of electroantennograms (EAGs) on autonomous robots. Our experimental design allows stable recordings within a day and resolves individual odor patches up to 10 Hz. The efficiency of EAG sensors for olfactory searches is demonstrated in driving a robot toward an odor source.

El uso de insectos electroantenograma Sensores de Robots Autónoma de Búsquedas olfativas

Robots designed to track chemical leaks in hazardous industrial facilities1 or explosive traces in landmine fields2 face the same problem as insects ...

using-insect-electroantennogram-sensors-on-autonomous-robots-for

Research

JoVE Journal

Neuroscience

22.8K vistas.  Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). We describe a protocol for using insect antennae in the form of electroantennograms (EAGs) on autonomous robots. Our experimental design allows stable recordings within a day and resolves individual odor patches up to 10 Hz. The efficiency of EAG sensors for olfactory searches is demonstrated in driving a robot toward an odor source.

Video: Using Insect Electroantennogram Sensors on Autonomous Robots for Olfactory Searches

Vibrodissociation of Neurons from Rodent Brain Slices to Study Synaptic Transmission and Image Presynaptic Terminals

Mechanical dissociation of neurons from the central nervous system has the advantage that presynaptic boutons remain attached to the isolated neuron of interest. This allows for examination of synaptic transmission under conditions where the extracellular and postsynaptic intracellular environments can be well controlled. A vibration-based technique without the use of proteases, known as vibrodissociation, is the most popular technique for mechanical isolation. A micropipette, with the tip fire-polished to the shape of a small ball, is placed into a brain slice made from a P1-P21 rodent. The micropipette is vibrated parallel to the slice surface and lowered through the slice thickness resulting in the liberation of isolated neurons. The isolated neurons are ready for study within a few minutes of vibrodissociation. This technique has advantages over the use of primary neuronal cultures, brain slices and enzymatically isolated neurons including: rapid production of viable, relatively mature neurons suitable for electrophysiological and imaging studies; superior control of the extracellular environment free from the influence of neighboring cells; suitability for well-controlled pharmacological experiments using rapid drug application and total cell superfusion; and improved space-clamp in whole-cell recordings relative to neurons in slice or cell culture preparations. This preparation can be used to examine synaptic physiology, pharmacology, modulation and plasticity. Real-time imaging of both pre- and postsynaptic elements in the living cells and boutons is also possible using vibrodissociated neurons. Characterization of the molecular constituents of pre- and postsynaptic elements can also be achieved with immunological and imaging-based approaches.

This report demonstrates a technique for mechanical isolation of individual viable neurons retaining attached presynaptic boutons. Vibrodissociated neurons have the advantages of rapid production, excellent pharmacological control and improved space-clamp without influence from neighboring cells. This method can be used for imaging of synaptic elements and patch-clamp recording.

Vibrodissociation de las neuronas del cerebro de roedores Rodajas para el Estudio de la transmisión sináptica y la imagen terminales presinápticos

Mechanical dissociation of neurons from the central nervous system has the advantage that presynaptic boutons remain attached to the isolated neuron of ...

Investigación

Neurociencias

Odorant-induced Responses Recorded from Olfactory Receptor Neurons using the Suction Pipette Technique

Animals sample the odorous environment around them through the chemosensory systems located in the nasal cavity. Chemosensory signals affect complex behaviors such as food choice, predator, conspecific and mate recognition and other socially relevant cues. Olfactory receptor neurons (ORNs) are located in the dorsal part of the nasal cavity embedded in the olfactory epithelium. These bipolar neurons send an axon to the olfactory bulb (see Fig. 1, Reisert &amp; Zhao1, originally published in the Journal of General Physiology) and extend a single dendrite to the epithelial border from where cilia radiate into the mucus that covers the olfactory epithelium. The cilia contain the signal transduction machinery that ultimately leads to excitatory current influx through the ciliary transduction channels, a cyclic nucleotide-gated (CNG) channel and a Ca2+-activated Cl- channel (Fig. 1). The ensuing depolarization triggers action potential generation at the cell body2-4.
In this video we describe the use of the "suction pipette technique" to record odorant-induced responses from ORNs. This method was originally developed to record from rod photoreceptors5 and a variant of this method can be found at jove.com modified to record from mouse cone photoreceptors6. The suction pipette technique was later adapted to also record from ORNs7,8. Briefly, following dissociation of the olfactory epithelium and cell isolation, the entire cell body of an ORN is sucked into the tip of a recording pipette. The dendrite and the cilia remain exposed to the bath solution and thus accessible to solution changes to enable e.g. odorant or pharmacological blocker application. In this configuration, no access to the intracellular environment is gained (no whole-cell voltage clamp) and the intracellular voltage remains free to vary. This allows the simultaneous recording of the slow receptor current that originates at the cilia and fast action potentials fired by the cell body9. The difference in kinetics between these two signals allows them to be separated using different filter settings. This technique can be used on any wild type or knockout mouse or to record selectively from ORNs that also express GFP to label specific subsets of ORNs, e.g. expressing a given odorant receptor or ion channel.

Olfactory receptor neurons (ORNs) convert odor signals first into a receptor current that in turn triggers action potentials that are conveyed to second order neurons in the olfactory bulb. Here we describe the suction pipette technique to record simultaneously the odorant-induced receptor current and action potentials from mouse ORNs.

Inducidas Odorante-respuestas registradas de neuronas olfativas del receptor utilizando la técnica de aspiración con una pipeta

Animals sample the odorous environment around them through the chemosensory systems located in the nasal cavity. Chemosensory signals affect complex ...

Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings (GCMR) in the Insect Antennal Lobe

All organisms inhabit a world full of sensory stimuli that determine their behavioral and physiological response to their environment. Olfaction is especially important in insects, which use their olfactory systems to respond to, and discriminate amongst, complex odor stimuli. These odors elicit behaviors that mediate processes such as reproduction and habitat selection1-3. Additionally, chemical sensing by insects mediates behaviors that are highly significant for agriculture and human health, including pollination4-6, herbivory of food crops7, and transmission of disease8,9. Identification of olfactory signals and their role in insect behavior is thus important for understanding both ecological processes and human food resources and well-being.
	To date, the identification of volatiles that drive insect behavior has been difficult and often tedious. Current techniques include gas chromatography-coupled electroantennogram recording (GC-EAG), and gas chromatography-coupled single sensillum recordings (GC-SSR)10-12. These techniques proved to be vital in the identification of bioactive compounds. We have developed a method that uses gas chromatography coupled to multi-channel electrophysiological recordings (termed 'GCMR') from neurons in the antennal lobe (AL; the insect's primary olfactory center)13,14. This state-of-the-art technique allows us to probe how odor information is represented in the insect brain. Moreover, because neural responses to odors at this level of olfactory processing are highly sensitive owing to the degree of convergence of the antenna's receptor neurons into AL neurons, AL recordings will allow the detection of active constituents of natural odors efficiently and with high sensitivity. Here we describe GCMR and give an example of its use.
	Several general steps are involved in the detection of bioactive volatiles and insect response. Volatiles first need to be collected from sources of interest (in this example we use flowers from the genus Mimulus (Phyrmaceae)) and characterized as needed using standard GC-MS techniques14-16. Insects are prepared for study using minimal dissection, after which a recording electrode is inserted into the antennal lobe and multi-channel neural recording begins. Post-processing of the neural data then reveals which particular odorants cause significant neural responses by the insect nervous system.
	Although the example we present here is specific to pollination studies, GCMR can be expanded to a wide range of study organisms and volatile sources. For instance, this method can be used in the identification of odorants attracting or repelling vector insects and crop pests. Moreover, GCMR can also be used to identify attractants for beneficial insects, such as pollinators. The technique may be expanded to non-insect subjects as well.

Identification of Olfactory Volatiles using Gas Chromatography-Multi-unit Recordings GCMR in the Insect Antennal Lobe

Olfactory cues mediate many different behaviors in insects, and are often complex mixtures comprised of tens to hundreds of volatile compounds. Using gas chromatography with multi-channel recording in the insect antennal lobe, we describe a method for the identification of bioactive compounds.

La identificación de los compuestos volátiles olfativas utilizando cromatografía de gases-de varias unidades Grabaciones (GCMR) en el lóbulo antenal insectos

All  organisms inhabit a world full of sensory stimuli that determine their  behavioral and physiological response to their environment. Olfaction is ...

Designing and Implementing Nervous System Simulations on LEGO Robots

We present a method to use the commercially available LEGO Mindstorms NXT robotics platform to test systems level neuroscience hypotheses. The first step of the method is to develop a nervous system simulation of specific reflexive behaviors of an appropriate model organism; here we use the American Lobster. Exteroceptive reflexes mediated by decussating (crossing) neural connections can explain an animal's taxis towards or away from a stimulus as described by Braitenberg and are particularly well suited for investigation using the NXT platform.1 The nervous system simulation is programmed using LabVIEW software on the LEGO Mindstorms platform. Once the nervous system is tuned properly, behavioral experiments are run on the robot and on the animal under identical environmental conditions. By controlling the sensory milieu experienced by the specimens, differences in behavioral outputs can be observed. These differences may point to specific deficiencies in the nervous system model and serve to inform the iteration of the model for the particular behavior under study. This method allows for the experimental manipulation of electronic nervous systems and serves as a way to explore neuroscience hypotheses specifically regarding the neurophysiological basis of simple innate reflexive behaviors. The LEGO Mindstorms NXT kit provides an affordable and efficient platform on which to test preliminary biomimetic robot control schemes. The approach is also well suited for the high school classroom to serve as the foundation for a hands-on inquiry-based biorobotics curriculum.

An approach to neural network modeling on the LEGO Mindstorms robotics platform is presented. The method provides a simulation tool for invertebrate neuroscience research in both the research lab and the classroom. This technique enables the investigation of biomimetic robot control principles.

Diseño e implementación de simulaciones del sistema nervioso en LEGO Robots

We present a method to use the commercially available LEGO Mindstorms NXT robotics platform to test systems level neuroscience hypotheses. The first step ...

Whole Mount Immunolabeling of Olfactory Receptor Neurons in the Drosophila Antenna

Odorant molecules bind to their target receptors in a precise and coordinated manner. Each receptor recognizes a specific signal and relays this information to the brain. As such, determining how olfactory information is transferred to the brain, modifying both perception and behavior, merits investigation. Interestingly, there is emerging evidence that cellular transduction and transcriptional factors are involved in the diversification of olfactory receptor neuron. Here we provide a robust whole mount immunological labeling method to assay in vivo olfactory receptor neuron organization. Using this method, we identified all olfactory receptor neurons with anti-ELAV antibody, a known pan-neural marker and Or49a-mCD8::GFP, an olfactory receptor neuron specifically expressed in Nba neuron using anti-GFP antibody.

Whole Mount Immunolabeling of Olfactory Receptor Neurons in the Drosophila Antenna

Herein we describe the process of whole mount immunostaining of Drosophila antennae, which enables us to better understand the molecular mechanisms involved in the diversification of olfactory receptor neurons (ORN)s.

Todo el montaje de Immunolabeling olfativa del receptor de las neuronas en el<em&gt; Drosophila</em&gt; Antena

Odorant molecules bind to their target receptors in a precise and coordinated manner. Each receptor recognizes a specific signal and relays this ...

Olfactory Assays for Mouse Models of Neurodegenerative Disease

In many neurodegenerative diseases and particularly in Parkinson&#8217;s disease, deficits in olfaction are reported to occur early in the disease process and may be a useful behavioral marker for early detection. Earlier detection in neurodegenerative disease is a major goal in the field because this is when neuroprotective therapies have the best potential to be effective. Therefore, in preclinical studies testing novel neuroprotective strategies in rodent models of neurodegenerative disease, olfactory assessment could be highly useful in determining therapeutic potential of compounds and translation to the clinic. In the present study we describe a battery of olfactory assays that are useful in measuring olfactory function in mice. The tests presented in this study were chosen because they measure olfaction abilities in mice related to food odors, social odors, and non-social odors. These tests have proven useful in characterizing novel genetic mouse models of Parkinson&#8217;s disease as well as in testing potential disease-modifying therapies.

Impairment in olfactory function is a common feature in many neurodegenerative disorders including Parkinson, Alzheimer, and Huntington diseases. In the present article, we describe a set of tests for assessing olfaction discrimination and detection in mice that can be used to measure olfactory abilities in mouse models of neurodegenerative diseases.

Los ensayos olfativos para modelos de ratón de Enfermedades Neurodegenerativas

In many neurodegenerative diseases and particularly in Parkinson&#8217;s disease, deficits in olfaction are reported to occur early in the disease process ...

Using Single Sensillum Recording to Detect Olfactory Neuron Responses of Bed Bugs to Semiochemicals

The insect olfactory system plays an important role in detecting semiochemicals in the environment. In particular, the antennal sensilla which house single or multiple neurons inside, are considered to make the major contribution in responding to the chemical stimuli. By directly recording action potential in the olfactory sensillum after exposure to stimuli, single sensillum recording (SSR) technique provides a powerful approach for investigating the neural responses of insects to chemical stimuli. For the bed bug, which is a notorious human parasite, multiple types of olfactory sensillum have been characterized. In this study, we demonstrated neural responses of bed bug olfactory sensilla to two chemical stimuli and the dose-dependent responses to one of them using the SSR method. This approach enables researchers to conduct early screening for individual chemical stimuli on the bed bug olfactory sensilla, which would provide valuable information for the development of new bed bug attractants or repellents and benefits the bed bug control efforts.

Bed bugs rely on olfactory receptor neurons housed in their antennal olfactory sensilla to detect semiochemicals in the environment. Utilizing single sensillum recording, we demonstrate a method to evaluate bed bug response to semiochemicals and explore the coding process involved.

Uso Individual sensillum grabación para detectar respuestas olfativo neurona de chinches de cama a Semioquímicos

The insect olfactory system plays an important role in detecting semiochemicals in the environment. In particular, the antennal sensilla which house ...

Imaging Membrane Potential with Two Types of Genetically Encoded Fluorescent Voltage Sensors

Genetically encoded voltage indicators (GEVIs) have improved to the point where they are beginning to be useful for in vivo recordings. While the ultimate goal is to image neuronal activity in vivo, one must be able to image activity of a single cell to ensure successful in vivo preparations. This procedure will describe how to image membrane potential in a single cell to provide a foundation to eventually image in vivo. Here we describe methods for imaging GEVIs consisting of a voltage-sensing domain fused to either a single fluorescent protein (FP) or two fluorescent proteins capable of F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) in vitro. Using an image splitter enables the projection of images created by two different wavelengths onto the same charge-coupled device (CCD) camera simultaneously. The image splitter positions a second filter cube in the light path. This second filter cube consists of a dichroic and two emission filters to separate the donor and acceptor fluorescent wavelengths depending on the FPs of the GEVI. This setup enables the simultaneous recording of both the acceptor and donor fluorescent partners while the membrane potential is manipulated via whole cell patch clamp configuration. When using a GEVI consisting of a single FP, the second filter cube can be removed allowing the mirrors in the image splitter to project a single image onto the CCD camera.

A method for imaging changes in membrane potential using genetically encoded voltage indicators is described.

Membrana de imagen potencial con dos tipos de sensores de tensión fluorescentes genéticamente codificados

Genetically encoded voltage indicators (GEVIs) have improved to the point where they are beginning to be useful for in vivo recordings. While the ultimate ...

Insect-controlled Robot: A Mobile Robot Platform to Evaluate the Odor-tracking Capability of an Insect

Robotic odor source localization has been a challenging area and one to which biological knowledge has been expected to contribute, as finding odor sources is an essential task for organism survival. Insects are well-studied organisms with regard to odor tracking, and their behavioral strategies have been applied to mobile robots for evaluation. This "bottom-up" approach is a fundamental way to develop biomimetic robots; however, the biological analyses and the modeling of behavioral mechanisms are still ongoing. Therefore, it is still unknown how such a biological system actually works as the controller of a robotic platform. To answer this question, we have developed an insect-controlled robot in which a male adult silkmoth (Bombyx mori) drives a robot car in response to odor stimuli; this can be regarded as a prototype of a future insect-mimetic robot. In the cockpit of the robot, a tethered silkmoth walked on an air-supported ball and an optical sensor measured the ball rotations. These rotations were translated into the movement of the two-wheeled robot. The advantage of this "hybrid" approach is that experimenters can manipulate any parameter of the robot, which enables the evaluation of the odor-tracking capability of insects and provides useful suggestions for robotic odor-tracking. Furthermore, these manipulations are non-invasive ways to alter the sensory-motor relationship of a pilot insect and will be a useful technique for understanding adaptive behaviors.

The capability to localize an odor source is necessary for insect survival and is expected to be applicable to artificial odor-tracking. The insect-controlled robot is driven by an actual silkmoth and enables us to evaluate the odor-tracking capability of insects through a robotic platform.

Robot controlado por insectos: una plataforma del robot móvil para evaluar la capacidad de seguimiento de Olor de un insecto

Robotic odor source localization has been a challenging area and one to which biological knowledge has been expected to contribute, as finding odor ...

Quadruple Immunostaining of the Olfactory Bulb for Visualization of Olfactory Sensory Axon Molecular Identity Codes

The mouse olfactory system is often used to study mechanisms of neural circuit formation&#12288;because of its simple anatomical structure. An Olfactory Sensory Neuron (OSN) is a bipolar cell with a single dendrite and a single unbranched axon. An OSN expresses only one Olfactory Receptor (OR) gene, OSNs expressing a given type of OR converge their axons to a few sets of invariant glomeruli in the Olfactory Bulb (OB). A remarkable feature of OSN projection is that the expressed ORs play instructive roles in axonal projection. ORs regulate the expression of multiple axon-sorting molecules and generate the combinatorial molecular code of axon-sorting molecules at the OSN axon termini. Thus, to understand the molecular mechanisms of OR-specific axon guidance mechanisms, it is vital to characterize their expression profiles at the OSN axon termini within the same glomerulus. The aim of this article was to introduce methods for collecting as many glomeruli as possible on a single OB section and for performing immunostaining using multiple antibodies. This would allow the comparison and analysis of the expression patterns of axon-sorting molecules without staining variation between OB sections.

Olfactory sensory neurons express a wide variety of axon-sorting molecules to establish proper neural circuitry. This protocol describes an immunohistochemical staining method to visualize combinatorial expressions of axon-sorting molecules at the axon termini of olfactory sensory neurons.

Imunocoloración Cuádruple del Bulbo Olfativo para la Visualización de Códigos de Identidad Molecular del Axón Sensorial Olfativo

The mouse olfactory system is often used to study mechanisms of neural circuit formation&#12288;because of its simple anatomical structure. An Olfactory ...