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

<html> 프로토콜은 자신의 성 페로몬과 시판 로봇 (재료 표 참조)과 남성 나방 (Agrotis ipsilon)을 기반으로합니다. 그러나, 다른 곤충 종, 취기 제, 및 로봇에 약간의 수정과 함께 적응 될 수있다. 1. 곤충 <ol><li> 인공 사료에 23 ± 1 ° C에서 번데기까지 개별 플라스틱 컵에서 그들을 유지하고 이전 24 설명 된대로 50 ± 5 %의 상대 습도 : 후면 Agrotis ipsilon Hufnagel (Noctuidae 나비목)의 애벌레. </li><li> 섹스 번데기와 플라스틱 상자에있는 여성과는 별도로 성인 남성을 유지합니다. 그들에게 20 % 자당 용액에 무료로 액세스 할 수 있습니다. </li><li> 남성과 실험을 수행합니다. 남성 나방은 conspecific 여성에 의해 방출되는 성 페로몬에 매우 민감하다. A.에서 ipsilon, 주요 페로몬 성분, 시스-7-도데 세닐 아세테이트 (Z7-12 : OAC)는 안테나에서 가장 활성 화합물이다. </li></ol>itle &quot;&gt; 2. 전기 생리학 <ol><li> 그들은 (대표 결과를 참조) 긴 수명을 전시하기 때문에 전체 곤충 준비에서 EAG를 기록, (그림 1A) 아래에 설명 된대로. 본래대로 안테나는 안테나 절제술을 선호합니다. </li><li> 10 ~ 20 분 동안 집중 표백제 용액에 담가 두 개의 은색 선을 염소화 그 후 헹군다. 이 과정은 편광에서 전극을 방지 할 수 있습니다. 이것은 전극들 사이의 오프셋 전압은 증폭기에 의해 보정 될 너무 커지면 기준선은 실험 중에 감도 나마다 반복되어야한다. </li><li> 전극 풀러 화재 광택 모세 혈관에서 유리 전극을 확인합니다. 화재 연마 전극 염소화 실버 와이어를 긁적 방지 할 수 있습니다. </li><li> CO 2와 함께 남성 나방를 마취하고 머리 위로부터 돌출와 스티로폼 블록 내부에 배치합니다. </li><li> 목 주위 화가의 테이프로 곤충의 머리를 밧줄. </li><li> 목에 기준 전극 역할을하는 실버 와이어를 삽입합니다. </li><li> 실체 현미경, 팁과 자료에 대한 화가의 테이프의 얇은 스트립 안테나 중 하나를 고정시킨다. </li><li> 수술 가위로 안테나의 원심 2-3 세그먼트를 잘라. </li><li> 마이크로 매니퓰레이터와 안테나의 컷 팁 근처의 유리 전극을 배치합니다. </li><li> 안테나의 컷 팁보다 약간 큰 직경을 얻기 위해 집게로 유리 모세관의 사지를 잘라. </li><li> (mm 단위)로 유리 피펫을 채우기 6.4의 KCl, 340 포도당, 10 헤 페스, 12 MgCl2를, 1 염화칼슘, 염화나트륨 12, pH가 6.5. </li><li> 미세 조작기로 유리 모세관으로 안테나의 절단 끝을 삽입합니다. </li><li> 유리 모세관의 말단 규모로 기록 전극으로서은 와이어를 미끄러진다. </li></ol> 3. 하드웨어 인터페이스 <ol><li> 전체 준비를 탑재, 즉 곤충 - 전극 -micromanipulator에, 로봇 (도 1b)의 상단에 나사 결합 금속판. 아래에 설명 된대로, 로봇에 전극을 연결합니다. </li><li> 전작 25-26에 기초하여, 로봇의 확장 보드를위한 적절한 범위 (MΩ 몇개의 순서 1 MV) EAG 출력 전압을 조정하는 하드웨어 인터페이스를 설계한다. 이 보드는 0-5 V 아날로그 입력을 받아들이고 -200 MV 아래 음의 전압이 심각한 손상을 일으킬 수 있습니다. 독수리와 인터페이스를 디자인하는 3.2.4 단계 3.2.1를 따르십시오. <ol><li> 전압 레귤레이터 78L10 (도 2A-2C에서 ①)을 사용하여 +12 V 배터리로부터 ± 5V 전력 공급 장치를 설계한다. </li><li> 계측 증폭기 INA121 (③ 그림의 2A-2C)를 기반으로 headstage 프리 앰프 (10X)를 디자인합니다. </li><li> 쿼드을 기준으로 (첫 번째 순서는 0.1 Hz에서 필터, 두 번째 순서 로우 패스 500 Hz에서 필터, 노치 (50) Hz에서 필터를 하이 패스) 필터링 노이즈 2 단계 증폭기 (25X) 디자인 LT1079는 (영업 이익 - 앰프(315); 그림의 2A-2C). </li><li> (⑤ 그림의 2A-2C) 연산 증폭기 LT1079 및 다이오드 1N4148로 계산하는 신호 처리 단계를 디자인합니다. 총 이익은 250이며, EAG 출력은​​ 제로 2.5 V에서 존재와 범위를 0 ~ 5 V에 </li></ol></li><li> 차동 EAG 입력 (② 그림의 2A-2C)에 전극을 연결합니다. 긍정적 인 EAGs를 얻기 위해 INA121의 반전 입력에 기록 전극을 연결합니다. </li><li> 로봇의 확장 보드의 12 아날로그 입력에 EAG 출력 (⑥ 그림의 2A-2C)를 연결합니다. 각각의 입력은 순차적으로 밀리 초마다 판독 될 때, 샘플링 주파수는 1 kHz입니다. </li></ol> 4. 소프트웨어 인터페이스 메인 스레드는 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)가 포함되어, 신호 검출 및 로봇을 제어하기위한 다양한 기능을위한 방법. <ol><li> Qt는-C + + FO의 GUI (그림 2D)를 작성<html> 연구 데이터 시각화, 디지털 필터링 (20 Hz에서 5 번째 차 버터 워스 저역 통과 필터) 및 EAG에서 냄새 감지. 후자의 두 가지 방법으로 수행 할 수 있습니다 적절한 필터 (엔지니어링 접근 방법, 섹션 4.2)로 EAG을 deconvolving에 의해, 또는 A. 신속하고 신뢰할 수있는 페로몬 감지를 허용하는 신경 메커니즘을 모델링하여 하나 ipsilon 나방 (bioinspired 접근, 4.3 절). </li><li> 디컨 볼 루션 필터. EAG 잘 정적 비선형 구성 비선형 폭포 (27)에 의해 설명되어 있습니다 <img alt="식 (1)" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq1.jpg" /> 지수 임펄스 함수와 1 차 차 저역 통과 필터 <img alt="식 2" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq2.jpg" /> 에 <img alt="식 3" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq3.jpg" /> ,도 3a를 참조하십시오. 악취 농도 변동에 응답졸업식 4 &quot;FO : 콘텐츠 너비 =&quot;0.3in &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/51704/51704eq4.jpg &quot;/&gt;, EAG 출력은​​ 통합 회선으로 주어진다 <img alt="식 5" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq5.jpg" /> . 디콘 볼 루션은 단순히 시스템의 역변환에 의해 얻어진다; 즉 <img alt="식 (6)" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq6.jpg" /> 주파수 도메인에서. 그런 다음, <img alt="식 (7)" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq7.jpg" /> 푸리에는 임펄스 응답의 변환으로 <img alt="식 8" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq8.jpg" /> . 신호 검출의 경우, 4.2.3 단계 4.2.1를 따르십시오. <ol><li> 시간 영역에서 컨볼 루션과 같은 처리를 수행 <img alt="식 9" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq9.jpg" /> 과 <img alt="식 (10)" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq10.jpg" /> , 그림 (b). </lI&gt; <li> 비선형 성을 대략 <img alt="식 (11)" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq11.jpg" /> 다항 함수로. 실제 간의 평균 제곱 오차를 최소화하기 위해 입력 - 출력 데이터 쌍에 일정한 다항식 파라미터 및 시간에 맞는 <img alt="식 4" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq4.jpg" /> 및 재구성 <img alt="식 (12)" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> 악취 농도. </li><li> 페로몬 안타를 감지 할 때마다 <img alt="식 (12)" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> 사전 정의 된 임계 값을 초과한다. </li></ol></li><li> Neuromorphic 발견. 검출하는 또 다른 방법은 생물학을 흉내에 구성되어 있습니다. A.에서 ipsilon 나방은 안테나로부터 입력을 수신하는 중앙 신경 흥분 - 억제 (13)의 틀에 박힌 발사 패턴 페로몬에 반응한다. 호 지킨 - 헉슬리 티셔츠네 이온 전류를 타 입의 신경 세포 모델 <img alt="식 (13)" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq13.jpg" /> (지연 정류기 K + 전류, 전압 - 문이 나 + 및 CA 2 + 전류, 현재 칼슘 2 +에 의존하는 K +가 작은 전도) 이전에 관찰 된 생리적 반응 (13)을 재현하기 위해 개발되었다. 신호 검출의 경우, 4.3.3 단계 4.3.1를 따르십시오. <ol><li> 미분 방정식으로 신경 세포 모델을 구현합니다. 입력 전류로서 EAG 신호를 사용 <img alt="식 (14)" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq14.jpg" /> 막전위의 진화 <img alt="식 (15)" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq15.jpg" /> . 멤브레인 커패시턴스 C = 22.9 PF와 관련하여 누설 전류를 사용 <img alt="식 (16)" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq16.jpg" /> 전도성 G의 L = 0.011161 μS와 함께반전 가능성 E의 L = -61.4 MV. 이온 전류에 의해 설명되어 있습니다 <img alt="식 (17)" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq17.jpg" /> 와 <img alt="식 (18)" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq18.jpg" /> 위치로 <img alt="식 (19)" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq19.jpg" /> V.의 비선형 함수는 자세한 내용은 이전 작업 13를 참조합니다. </li><li> 제 4 차 Runge - 쿠타 방법으로 미분 방정식 및 시간 단계를 통합하여 레네 실시간으로 신경 세포 모델을 시뮬레이션 <img alt="식 (20)" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq20.jpg" /> = 0.01 밀리 초. 스파이크 테스트 V (t의 F)&gt; 0 MV와 V (t f를 실행 - <img alt="식 (20)" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq20.jpg" /> ) &lt;스파이크 시간을 얻기 위해 온라인과 간격 interspike 0 MV. </li><li> 검출페로몬 히트 여자의 버스트 (연속 3 interspike 간격 &lt;70 밀리 초)을 (간격 ≥ 350 밀리 초 interspike) 억제 다음에 할 때마다이 그림 3C를 참조하십시오. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Russel, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=World+Scientific+Series+in+Robotics+and+Intelligent+Systems.">World Scientific Series in Robotics and Intelligent Systems.</a> Odour detection by mobile robots. , 232 (1999).</li><li>Woodfin, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Trace chemical sensing of explosives. , 496 (2006).</li><li>Wyatt, T. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Pheromones and animal behavior. , (2013).</li><li>Weissburg, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+fluid+dynamical+context+of+chemosensory+behavior).">The fluid dynamical context of chemosensory behavior).</a> Biol. Bull. 198, 188-202 (2000).</li><li>Angioy, A. M., Desogus, A., Barbarossa, I. T., Anderson, P., Hansson, B. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extreme+Sensitivity+in+an+Olfactory+System.">Extreme Sensitivity in an Olfactory System.</a> Chem. Senses. 28 (4), 279-284 (2003).</li><li>Kaissling, K. -. E., Guti&#233;rrez, , Marco, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Sensitivity+of+the+insect+nose:+the+example+of+Bombyx+mori.">The Sensitivity of the insect nose: the example of Bombyx mori.</a> Biologically inspired signal processing. , 45-52 (2009).</li><li>Sauer, A. E., Karg, G., Koch, U. T., Dekramer, J. J., Milli, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+portable+EAG+system+for+the+measurement+of+pheromone+concentration+in+the+field.">A portable EAG system for the measurement of pheromone concentration in the field.</a> Chem. Senses. 17 (5), 543-553 (1992).</li><li>Strauch, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=More+than+apples+and+oranges+-+Detecting+cancer+with+a+fruit+fly's+antenna.">More than apples and oranges - Detecting cancer with a fruit fly's antenna.</a> Scientific reports. 4 (3576), 1-9 (2014).</li><li>Marshall, B., Warr, C. G., de Bruyne, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+Volatile+Indicators+of+Illicit+Substances+by+the+Olfactory+Receptors+of+Drosophila+melanogaster.">Detection of Volatile Indicators of Illicit Substances by the Olfactory Receptors of Drosophila melanogaster.</a> Chem. Senses. 35 (7), 613-625 (2010).</li><li>Rains, G. C., Tomberlin, J. K., Kulasiri, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+insect+sniffing+devices+for+detection.">Using insect sniffing devices for detection.</a> Trends Biotechnol. 26 (6), 288-294 (2008).</li><li>King, T. L., Horine, F. M., Daly, K. C., Smith, B. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Explosives+detection+with+hard-wired+moths.">Explosives detection with hard-wired moths.</a> IEEE Trans. Instrumentation and Measurement. 53 (4), 1113-1118 (2004).</li><li>Gardner, J., Bartlett, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electronic noses. , (1999).</li><li>Martinez, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphasic+On/Off+pheromone+signaling+in+moths+as+neural+correlates+of+a+search+strategy.">Multiphasic On/Off pheromone signaling in moths as neural correlates of a search strategy.</a> PLoS ONE. 8 (4), (2013).</li><li>Park, K. C., Ochieng, S. A., Zhu, J., Baker, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Odour+discrimination+using+insect+electroantennogram+responses+from+an+insect+antennal+array.">Odour discrimination using insect electroantennogram responses from an insect antennal array.</a> Chem. Senses. 27, 343-352 (2002).</li><li>Spitzer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bio-Inspired+Nanostructured+Sensor+for+the+Detection+of+Ultralow+Concentrations+of+Explosives.">Bio-Inspired Nanostructured Sensor for the Detection of Ultralow Concentrations of Explosives.</a> Angewandte Chemie. 51 (22), 5334-5338 (2012).</li><li>Furton, K. G., Myers, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+scientific+foundation+and+efficacy+of+the+use+of+canines+as+chemical+detectors+for+explosives.">The scientific foundation and efficacy of the use of canines as chemical detectors for explosives.</a> Talanta. 54, 487-500 (2001).</li><li>Williams, M., Johnston, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Training+and+maintaining+the+performance+of+dogs+(Canis+familiaris)+on+an+increasing+number+of+odor+discriminations+in+a+controlled+setting.">Training and maintaining the performance of dogs (Canis familiaris) on an increasing number of odor discriminations in a controlled setting.</a> Applied Animal Behaviour Science. 78, 55-65 (2002).</li><li>Murlis, J., Elkinton, J. S., Card&#233;, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Odour+plumes+and+how+insects+use+them.">Odour plumes and how insects use them.</a> Annu. Rev. Entomol. 37, 505-532 (1992).</li><li>Kaissling, K. E., Lehler, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pheromone-controlled+anemotaxis+in+moths.">Pheromone-controlled anemotaxis in moths.</a> Orientation and communication in Arthropods. , 343-374 (1997).</li><li>Vickers, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+animal+navigation+in+odor+plumes.">Mechanisms of animal navigation in odor plumes.</a> Biol. Bull. 198, 203-212 (2000).</li><li>Martinez, D., Rochel, O., Hugues, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+biomimetic+robot+for+tracking+specific+odors+in+turbulent+plumes.">A biomimetic robot for tracking specific odors in turbulent plumes.</a> Autonomous Robot, Special Issue on Mobile Robot Olfaction. 20, 185-195 (2006).</li><li>Szyszka, P., Stierle, J. S., Biergans, S., Galizia, C. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Speed+of+Smell:+Odor-Object+Segregation+within+Milliseconds.">The Speed of Smell: Odor-Object Segregation within Milliseconds.</a> PLoS ONE. 7, (2012).</li><li>Bau, J., Justus, K. A., Loudon, C., Card&#233;, R. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electroantennographic+resolution+of+pulsed+pheromone+plumes+in+two+species+of+moths+with+bipectinate+antennae.">Electroantennographic resolution of pulsed pheromone plumes in two species of moths with bipectinate antennae.</a> Chem Senses. 30, 771-780 (2005).</li><li>Barrozo, R. B., Gadenne, C., Anton, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Switching+attraction+to+inhibition:+mating-induced+reversed+role+of+sex+pheromone+in+an+insect.">Switching attraction to inhibition: mating-induced reversed role of sex pheromone in an insect.</a> J. Exp. Biol. 213, 2933-2939 (2010).</li><li>Land, B. R., Wyttenbach, R. A., Johnson, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tools+for+physiology+labs:+an+inexpensive+high-performance+amplifier+and+electrode+for+extracellular+recording.">Tools for physiology labs: an inexpensive high-performance amplifier and electrode for extracellular recording.</a> J. Neuroscience Methods. 106, 47-55 (2001).</li><li>Ortiz, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+mobile+electrophysiology+board+for+autonomous+robotics.">A mobile electrophysiology board for autonomous robotics.</a> Master thesis. , (2006).</li><li>Justus, K. A., Card&#233;, R. T., French, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+Properties+of+Antennal+Responses+to+Pheromone+in+Two+Moth+Species.">Dynamic Properties of Antennal Responses to Pheromone in Two Moth Species.</a> J. Neurophysiol. 93, 2233-2239 (2005).</li><li>Martinez, D., Moraud, E. M., Persaud, K. .. C., Marco, S., Gutierrez-Galvez, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactive+and+cognitive+search+strategies+for+olfactory+robots.">Reactive and cognitive search strategies for olfactory robots.</a> Neuromorphic Olfaction, Frontiers in Neuroengineering Series. , (2013).</li><li>Kuwana, Y., Shimoyama, I., Miura, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Steering+control+of+a+mobile+robot+using+insect+antennae.">Steering control of a mobile robot using insect antennae.</a> Proceedings of the IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems. , (1995).</li><li>Kuwana, Y., Nagasawa, S., Shimoyama, I., Kanzaki, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+the+pheromone-oriented+behaviour+of+silkworm+moths+by+a+mobile+robot+with+moth+antennae+as+pheromone+sensors.">Synthesis of the pheromone-oriented behaviour of silkworm moths by a mobile robot with moth antennae as pheromone sensors.</a> Biosensors and Bioelectronics. 14, 195-202 (1999).</li><li>Myrick, A. J., Park, K. C., Hetling, J. R., Baker, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+and+discrimination+of+mixed+odor+strands+in+overlapping+plumes+using+an+insect-antenna-based+chemosensor+system.">Detection and discrimination of mixed odor strands in overlapping plumes using an insect-antenna-based chemosensor system.</a> J. Chem. Ecol. 35, 118-130 (2009).</li><li>Myrick, A. J., Park, K. C., Hetling, J. R., Baker, T. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+odor+discrimination+using+a+bioelectronic+sensor+array+based+on+the+insect+electroantennogram.">Real-time odor discrimination using a bioelectronic sensor array based on the insect electroantennogram.</a> Bioinspiration and Biomimetics. 3, (2008).</li><li>Vickers, N. J., Christensen, T. A., Baker, T. C., Hildebrand, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Odour-plume+dynamics+influence+the+brain's+olfactory+code.">Odour-plume dynamics influence the brain's olfactory code.</a> Nature. 410, 466-470 (2001).</li><li>Vergassola, M., Villermaux, E., Shraiman, B. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term='Infotaxis'+as+a+strategy+for+searching+without+gradients.">'Infotaxis' as a strategy for searching without gradients.</a> Nature. 445, 406-409 (2007).</li><li>Martin-Moraud, E., Martinez, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effectiveness+and+robustness+of+robot+infotaxis+for+searching+in+dilute+conditions.">Effectiveness and robustness of robot infotaxis for searching in dilute conditions.</a> Frontiers in neurorobotics. , (2010).</li><li>Masson, J. -. 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.

거의 20 년 전, 간 자키와 그의 동료들은 후각 로봇 29-30 EAGs을 사용하는 아이디어를 개척했다. 그들의 기술은 원래 절제된 안테나 기반으로했다. 여기서, 우리는 제제의 감도와 수명을 향상시키기 위해 본래 안테나에서 기록. 다른 연구 31 ~ 32도 고립 된 안테나를 통해 전신 준비의 우수성을 알아 차렸다. 우리의 로봇 실험에서, 우리는 하루 만에 안정 녹음을 경험했다. 반면, EAGs는 2 시간의 수명 (그림 5)이 고립 된 안테나에 기록. 우리의 EAG-로봇 플랫폼은 주로 곤충 13 후각 코딩 및 검색 전략에 대한 생물학적 가설을 테스트하기 위해 개발되었다. 곤충 안테나로부터 입력을 수신하는 중앙 뉴런과 유사하게, 우리는 로봇의 실제 방 안테나 뉴런 모델을 연결하고 그 소성 패턴에 기초 페로몬 검출을 수행. 검출과 비 검출 사건이 있었다다음 페로몬의 소스를 향해 로봇을 구동하는 데 사용. 여기서 고려 반응 검색 전략은 성 페로몬에 매료 남성 나방의 행동 패턴에 의해 영감을했다. 그것은 2m의 소스에서 낮은 방출 원 상대적으로 많은 검색 공간 (초기 거리 (이전 작업 (24) 10 ㎎에 비해 우리의 경우 10 μg의 페로몬 용량)의 현지화를 허용, 실험실 조건 (그림 6)에서 잘 수행 이전의 실험 20 ~ 21)에서 10cm 대. 이 로봇 실험은 곤충 안테나가 로봇 후각 검색에 적합한 것을 보여주는 개념의 증거로 간주되어야한다. 곤충 안테나는 유독 가스, 마약 및 폭발물 9-11에 반응하는 것으로 알려져 있지만, 몇 가지 확장은 실제 응용에 대처하기 위해 필요합니다. 첫째,보다 정교한 검색 방법 34-36, 10m 이상의 거리에서의 재 취득 할 때 더 효율적일 수있다깃털은 매우 가능성이됩니다의. 둘째, 관심의 취기를 검출하기 위해 바이오 전자 코 (14)의 구성에 다른 종으로부터 EAGs을 배합 할 필요가있다. 셋째, 같은 곤충의 두 개의 안테나에서 기록에 의해 얻어진 스테레오 감지 기능은 효율성 측면에서 도움이 증명할 수 있습니다. 병렬로 사용되는 두 개의 센서는 참으로 방향성을 증가시킬 수있다. 넷째, 집단 로봇 검색 37 검색 전략의 확장은이 나방의 경우 생물학적으로 관련이없는 경우에도 실제 적용이 고려되어야한다이다.

요즘, 개와 같은 동물은 자주로 인해 그들의 우수한 냄새 감지 기능 (16)의 화학 물질 누출, 마약 및 폭발물의 지역화를 포함하는 안전 및 보안 응용 프로그램에 사용됩니다. 그러나, 그들은 행동 변화를 보여 광범위한 작업 후 피곤하고, 성능이 17 시간이지나면서 감소로 자주 재교육이 필요합니다. 이러한 제한을 우회하는 방법 중 하나는 후각 로봇에 의해 훈련 된 개를 교체하는 것입니다. 그럼에도 불구하고, 향기와 냄새의 근원을 추적하는 로봇의 주요 과제입니다. 난류 환경에서 악취 깃털의 풍경은 매우 이질적이고 불안정하고, 산발적으로있는 패치 4로 구성되어 있습니다. 심지어 몇 미터 짧게 소스에서 적당한 거리에서 탐지가 산재되어 간헐적으로 만 신호를 제공한다. 또한, 탐지하는 동안 지역의 농도 구배는 일반적으로 소스를 향해 가리 키지 않습니다. 주어진 디스크정보 및 제한 지역 정보의 연속 형 흐름이 때 탐지는 소스쪽으로 로봇을 탐색하는 방법을 만들어? 이곳은 그런 남성 나방과 같은 곤충이 성공적으로 긴 거리 (수백 미터)을 통해 자신의 짝을 찾기 위해 화학 통신을 사용하는 것으로 알려져있다. 이렇게하려면, 그들은 틀에 박힌 행동 18-20을 채택 : 그들은 냄새 패치를 감지에 맞바람 급증과 냄새 정보가 사라지는 경우 주조라는 ​​확장 된 검색을 수행합니다. 이 서지 캐스팅 전략은 순수하게 반응입니다, 즉, 작업이 완전히 현재의 인식 (검출과 비 검출 이벤트)에 의해 결정된다. 악취 패치의 검출이 인공 가스 센서의 느려짐에 의해 방해되므로 아무런 후각 로봇의 구현은 과거에 성공을 제한했다. 그들은 일반적으로 필터링되도록 후각 로봇의 대부분에서 사용되는 금속 - 산화물 센서는 몇십 초의 응답 및 복구 시간을 가질격동의 깃털 (21)에 발생하는 농도의 변동이 있습니다. 대조적으로, 곤충 chemoreceptors의 응답 시간은 예를 들면, 곤충 electroantennograms (EAGs)의 상승 시간은 50 미만 22 밀리 초이고, 훨씬 짧다. 결과적으로, 곤충 EAGs를 사용하여, 악취 펄스는 몇개 헤르츠 (23)의 주파수에서 해결된다. 이 속성은 천연 깃털의 냄새 필라멘트의 검출을위한 EAG 센서에 적합하다. 우리는 여기에 서지를 사용하여 효율적으로 후각 검색을 허용 로봇에 곤충 EAGs를 포함하고 전략을 캐스팅하기위한 프로토콜을 설명합니다.

<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

곤충 음식에 대 한 먹이 찾아 돌아다 또는 동료 3에 대한 검색으로 지뢰 필드 2면 같은 문제에 유해 산업 시설 1 또는 폭발 흔적에 화학 물질 누출을 추적하도록 설계된 로봇 : 후각 검색은 난류 수송 4의 물리학에 의해 제한됩니다. 바람 부담 냄새의 농도 풍경 불연속 산발적있는 패치로 구성되어 있습니다. 후각 검색에 대한 전제 조건은 간헐적 냄새 패치가 감지되는 것입니다. 때문에 높은 속도와 감도를 5-6으로, 곤충의 후각 기관은 검출을위한 독특한 기회를 제공합니다. 곤충 안테나는 예를 들어, 인간과 관련된 성 페로몬 7뿐만 아니라 화학 물질, 암 세포 8 또는 독성 및 불법 물질 9-11에서 나오는 휘발성 화합물뿐만 아니라 검출하기 위해 과거에 사용되어왔다. 우리는 자율 로봇에 곤충 안테나를 사용하여 여기 프로토콜을 설명자신의 소스에 냄새 깃털을 추적하기위한 개념 증명을 제시 거라고. 후각 뉴런의 글로벌 응답 electroantennograms (EAGs)의 형태로 현장에 기록됩니다. 전체 곤충의 준비를 기반으로 우리의 실험 설계는 작업 일 이내에 안정된 레코딩을 할 수 있습니다. 비교, 절제 안테나에 EAGs는 2 시간의 수명이있다. 커스텀 하드웨어 / 소프트웨어 인터페이스는 EAG 전극과 로봇 사이에 개발되었다. 측정 시스템은 인공 화학 센서 (12)의 시간 단위를 초과하는 10 Hz의 개별 악취 패치를 해결한다. 후각 검색을위한 EAG 센서의 효율은 더 페로몬의 원천으로 로봇을 구동에서 보여줍니다. 실제 동물과 동일한 후각 자극과 센서를 사용하여, 우리의 로봇 플랫폼은 후각 코딩 및 검색 전략 (13)에 대한 생물학적 가설을 테스트하기위한 직접적인 수단을 제공합니다. 또한에 관심의 다른 냄새 물질을 검출 도움이 증명할 수 있습니다생 전자 코의 구성 (14)에 다른 곤충 종 EAGs을 결합 또는 곤충의 안테나 (15)를 모방 나노 가스 센서를 사용.

프로토콜은 먼저 직접 안테나에 부풀어 페로몬의 짧은 20 밀리 초 펄스 (용량 1 μg과 10 μg) 테스트했습니다 전술. 그림 4a는 페로몬 펄스에 대한 응답으로 EAGs을 보여줍니다. 단계 3.3에 기재된대로 기록 전극은, 상기 증폭기의 반전 입력에 연결되어 있기 때문에 이들은 긍정적이다. 파워 스펙트럼으로 나타낸 바와 같이, 측정 시스템은 10 Hz로 페로몬 펄스를 해결할 수있다. 비교를 위해, 우리는 또한 시판 가스 센서를 테스트했다. TGS2620는 용제 증기의 검출을 위해 제조 된 금속 산화물 센서이다. 센서는 에탄올에 대한 높은 감도를 제공하지만, (그림 (b)의 점선 곡선 참조) 농도의 변화를 수행 할 수 없습니다. 문제는 센서 하우징에서왔다. TGS2620은 방염 스테인리스 거즈가 캡으로 상용화된다. 실제로,이 소요하기 때문에 응답 시간이 느리다가제를 통해 확산하고, 금속 산화물 표면에 도달하는 가스에 대한 특정 시간. 기체가 캡 내부에 갇혀 때 센서 청소 시간이 걸리기 때문에 회복도 느리다. 따라서 우리는 캡을 제거하고이 수정 (그림 (b)의 일반 곡선 참조) 크게 역학을 개선. 아직도, EAG와 TGS2620 (1 Hz에서 대 10 Hz에서)의 계수 열이 있었다. 이 비교는 EAG 그럼에도 불구 질적이며 TGS2620는 동일한 조건에서 시험되지 않았다. 우리는 우리의 전체 곤충 준비 절제된 안테나 (N = 7 안테나)에 비해 (N = 12 나방)의 시간에 따른 안정성을 평가 하였다. EAG는 페로몬의 자극 (지속 시간 500 밀리 초, 용량 1 μg)에 대한 응답으로 주기적으로 기록되었다. (MV에서) 원시 EAGs은 (초기 값의 비율은 시간 t = 0에서 얻어진) 상대 EAGs로 변환되었다. 5는 우리의 모든 곤충 준비의 아주 좋은 안정성을 그림작업 일 이내에 aration. 신호가 1.5 시간 후 초기 값의 절반으로 떨어질 수 있도록 반면, EAGs 빠르게 시간이 지남에 고립 된 안테나의 감소를 기록했다. 이 시간 의존성은 물론 2 시간의 수명이 지수 붕괴에 의해 설명되어 있습니다. 반응성 검색 전략 (그림 6A)를 사용하여 마지막으로, 우리는 냄새 소스 (OAC 페로몬 화합물 Z7-12)를 검색하는 EAG 로봇 플랫폼 종속적 인의 능력을 시험했다. 검색 전략은 풍상 서지보기 페로몬 탐지가 (28)의 부재에 나선형 주물로 검출 될 때마다 결합한다. 단계 8.6에 기재된대로 페로몬의 존재는, neuromorphic 검출기 EAG에서 검출된다. 검색 과정에서 기록 EAG의 두 가지 예는 그림 (b)에 표시됩니다. 냄새 소스없이, EAG는 거의 또는 전혀 탐지와 (즉, 2.5 V)는 0 주위에 남아있다. 로봇은 나선형 캐스팅을 수행하고, 일반적으로 검색 공간 BEF 잎광석이 대상 위치에 도달 (시험의 92 %에서, n = 26 시험,도 6c를 오른쪽). 냄새 소스 (왼쪽 그림 6C)으로, EAG는 침묵의 기간 (없음 탐지)와 얽혀 활동 (탐지)의 파열을 제공합니다. 나선형 주조는 주로 기둥 형상 (그림 6C가, 빨간 선 왼쪽)에서 발생하고 냄새가 손실 될 때 기둥의 중심선을 재배치하기위한 효율적인 전략이 될 것으로 보인다. 이 상태에서, 소스는 일반적으로 (성공률 = 96 %, N = 44 실험) 발견된다. <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig1highres.jpg" width="500" /> 그림 1. 전체 - 곤충 EAG 준비와 로봇 설치.) electroantennogram (EAG)는 전체 곤충 준비 (자세한 내용은 텍스트를 참조). B)에서 기록 된 혼합물은 약탈에 장착OT는. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig2highres.jpg" width="500" /> 그림 2. 하드웨어 - 소프트웨어 인터페이스. 하드웨어 A) 이글 회로도. 이 회로는 여섯 섹션 (자세한 내용은 텍스트를 참조)로 구성되어 있습니다. 그것은 수 있도록 필터링 (주파수 대역 0.1 ~ 500 Hz에서 50 Hz에서 노치), 증폭 (총 이득 250X) 및 범위 0-5 V. B의 신호 컨디셔닝) (위쪽이 빨간색과 구리의 선과 이글 레이아웃 개별 요소 데이터 시각화 (빨간색 추적 = EAG 입력, 녹색 추적 용 Qt-C + +로 작성. D) 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)를 표시하는 파란색 아래)과 녹색 구멍 (). C) 인쇄 회로 기판 (PCB)= 신경 세포 모델의 출력), 필터 설계 및 신호 감지. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig3highres.jpg" width="500" /> EAG에서 그림 3. 신호 검출. A) Electroantennogram (EAG) 모델. EAG는 지수 충격 기능 1 번째 순서 로우 패스 필터 다음에 정적 비선형 구성 비선형 폭포 (27)에 의해 모델링 <img alt="식 (21)" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq21.jpg" /> . EAG 출력과 컨볼 루션 적분에 의해 주어진다 <img alt="식 (22)" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq22.jpg" /> . B) 엔지니어링 접근 방법을. 디컨 볼 루션 filt을어 기록 <img alt="식 (23)" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq23.jpg" /> 과 <img alt="식 (24)" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq24.jpg" /> , 자세한 내용은 텍스트를 참조하십시오. 냄새의 만남 (히트)가 될 때마다 감지 <img alt="식 (12)" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> 사전 정의 된 임계 값. C) 바이오 영감 접근을 초과합니다. 다섯 내부 전류 (누설, K +, 나 +, 칼슘 2 +와 SK)과 호 지킨 - 헉슬리 형 신경 세포 모델은 여기 - 억제 (EI)의 관찰 발사 패턴을 재현하는 데 사용되는 실험적으로 13 관찰했다. 여기의 버스트가 소성 활성 저해 하였다 때마다 입력 전류와 히트가 검출 될 때 신호 검출의 경우, EAG 신호가 사용된다. <img alt="그림 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig4highres.jpg" width="500" /> &lt;<html> BR /&gt; 그림 4. EAG 응답 시간. A) EAG의 상이한 레이트 (1, 2, 4, 6, 8, 10 펄스 / 초)에서 배달 된 20 밀리 페로몬 펄스 (용량 1 μg 및 10 μg)에 응답하여 레코딩. 정규화 EAG 파워 스펙트럼은 1과 10 Hz에서 (용량 1 μg과 10 μg)에 펄스 자극에 대해 표시됩니다. EAG는 에탄올에 대한 응답 () 농도 변동에 가스 센서 TGS2620에서 10 Hz에서. B) 녹음 개별 펄스를 해결합니다. 점선과 무지 곡선과 및 캡없이 센서 대응되어 각각. 캡 센서는 수십 초의 응답 시간을 가지고 있으며, 따라서 가스 농도의 변동을 따른다 없다. 모자없이 TGS2620은 1 Hz에서 최대 개별 변동을 해결합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 항상 &quot;&gt; <img alt="그림 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig5highres.jpg" width="500" /> 그림 5. EAG 안정성 (절제 안테나 대 전체 곤충 준비). EAG는 절제된 안테나 (N = 7 안테나) 3.2 시간 동안 전체 곤충 준비 (N = 12 나방)와 매 20 분 8 시간 동안 매 시간을 기록 하였다. 그림은 상대 EAGs (시간 t = 0에서 얻어진 초기 값의 백분율)를 보여줍니다. 절제된 안테나의 시간 의존성은 물론 2 시간 (1.5 시간의 반감기)의 수명이 지수 붕괴에 적합. <img alt="그림 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig6highres.jpg" width="500" /> 그림 6. 로봇 실험.) 서지 캐스팅 전략에 맞바람 서지 결합그것의 부재에 나선 주조와 냄새의 존재 로봇이 냄새없이 (N (N = 44 시험) 냄새와 함께)로하고, 냄새없이 (. C) 로봇의 궤적을 이동하고있는 동안 검색 과정에서 기록 된 28. B) 일반적인 EAG = 26 시험). 빨간색 점선은 모두 탐지의 90 %가 시험 중 발생한 기둥의 윤곽을 나타냅니다. 실험 조건 : 검색 공간 = 4 MX 2.5 m, 로봇의 속도 = 5.6 cm / 초, 대상 페로몬 = 10 μg 종이 필터에 부착하고 매 2 시험을 대체 대상에서 로봇의 초기 위치 = 2m, 풍속 = 0.9 ± 대상 위치에서 0.2 m / 초. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig6highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Using Insect Electroantennogram Sensors on Autonomous Robots for Olfactory Searches at JoVE.com

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.

후각 검색을위한 자율 로봇에 곤충 Electroantennogram 센서를 사용하여

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 조회수.  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.

비디오: 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.

쥐 뇌 조각에서 뉴런의 Vibrodissociation는 시냅틱 전송 및 이미지 Presynaptic 터미널 공부

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

연구

신경과학

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.

흡입 피펫 기법을 사용하여 강한 수용체 뉴런에서 기록 Odorant 유발 응답

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.

곤충 Antennal 엽에 가스 크로마토 그래피 - 멀티 유닛 레코딩 (GCMR)를 사용하여 강한 휘발성 물질의 식별

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.

LEGO 로봇에 신경 시스템 시뮬레이션을 설계 및 구현

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.

에있는 후각 수용체 뉴런의 전체 마운트 Immunolabeling<em&gt; 초파리</em&gt; 안테나

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.

신경 퇴행성 질환의 마우스 모델에 대한 후각 분석 실험

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.

Semiochemicals에 침대 버그의 후각 신경 세포 응답을 감지하기 위해 단일 ​​Sensillum 기록을 사용하여

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.

유전자 인코딩 된 형광 전압 센서의 두 가지 유형의 잠재적 이미징 막

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.

곤충 제어 로봇 : 이동 로봇 플랫폼은 곤충의 냄새 추적 능력을 평가하는

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.

후각 감각 축색 돌연변이 분자 식별 코드의 시각화를위한 뒷 전구의 4 배 면역 면역 측정법

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