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

<html> Protokol cinsel feromonu ile bir ticari olarak temin edilebilir bir robot (Malzemeler tabloya bakınız) ve erkek güveler (Agrotis ipsilon) dayanmaktadır. Ancak, bu diğer böcek türleri, koku maddeleri ve robotlar için küçük modifikasyonlar ile uyarlanabilir. 1.. Böcekler <ol><li> Yapay bir diyet ve 23 ± 1 ° C&#39;de pupa kadar tek tek plastik bardak onları korumak ve daha önce 24 açıklandığı gibi% 50 ± 5 bağıl nem: Arka Agrotis ipsilon HUFNAGEL (Noctuidae Lepidoptera) larvaları. </li><li> Seks pupa ve plastik kutularda kadınlarda ayrı yetişkin erkek tutmak. Onlara% 20 sukroz solüsyonu ücretsiz erişim verin. </li><li> Erkek ile deneyler yapın. Erkek kelebekler kendi conspecific kadın tarafından yayılan seks feromon son derece duyarlıdır. A. In ipsilon, büyük feromon bileşeninin, cis-7-dodesenil asetat (Z7-12: OAc) anten üzerinde en aktif bileşiktir. </li></ol>itle &quot;&gt; 2. Elektrofizyoloji <ol><li> Bunlar (temsilci sonuçlar bakınız) daha uzun bir ömür süresi sergileyen için bir bütün böcek preparattan EAG kaydedin (Şekil 1A), aşağıda tarif edildiği gibi. Bozulmamış antenleri eksize antenleri tercih edilir. </li><li> 10-20 dakika boyunca konsantre ağartma çözeltisine daldırma ile iki gümüş tel Klorlama ve daha sonra durulanır. Bu süreç Polarize elektrotları engeller. Bu, elektrotlar arasındaki ofset gerilim yükseltici ile telafi için çok büyük olması durumunda temel deneyler sırasında sürüklenir veya her tekrarlanmalıdır. </li><li> Bir elektrot çektirmesi ile yangın cilalı kapillerlerden cam elektrotlar olun. Yangın parlatma elektrotlar ile klorlu gümüş tel çizilmeye önler. </li><li> CO 2 ile erkek güve uyutmak ve kafa üst çıkıntılı bir strafor blok içine yerleştirin. </li><li> Boynuna ressamın bant ile böceğin kafasını halata. </li><li> Boyun içine referans elektrot olarak hizmet veren bir gümüş tel yerleştirin. </li><li> Stereomicroscope altında, ucu ve tabanı üzerinde ressamın bant ince şeritler ile antenlerden birini hareketsiz. </li><li> Cerrahi makas ile antenin uzak 2-3 bölümleri kesip. </li><li> Bir mikro-manipülatör ile antenin ucuna yakın kesilmiş cam elektrot yerleştirin. </li><li> Antenin kesme ucu biraz daha büyük bir çapı elde etmek için forseps ile cam kılcal ekstremite kesin. </li><li> (MM olarak) ile cam pipet doldurmak 6,4 KCl, 340 glukoz, 10 mM Hepes, 12 MgCl2, 1 CaCl2, 12 NaCl, pH 6.5. </li><li> Mikromanipülatör ile cam boru içine antenin kesme ucu yerleştirin. </li><li> Cam kılcal en büyük ucu içine bir kayıt elektrotu olarak hizmet eden gümüş tel Kayma. </li></ol> 3.. Donanım Arayüzü <ol><li> Bütün hazırlık montaj, yani böcek-elektrotlar-mikromanipülatör, robotun (Şekil 1 B) üstündeki vidalanan bir metal plaka üzerine. Aşağıda tarif edildiği gibi, robota elektrotları bağlayın. </li><li> Önceki eserlerinden 25-26 dayanarak, robotun uzatma kurulu için uygun aralığı (birkaç MQ de sipariş 1 mV) EAG çıkış gerilimini uyum için bir donanım arayüz tasarımı. Kurulu 0-5 V analog girişleri kabul eder ve -200 mV altında bir negatif voltaj ciddi hasara neden olabilir. Eagle ile arayüz tasarımı 3.2.4 için adımlar 3.2.1 izleyin. <ol><li> Voltaj regülatörü 78L10 (Şekil 2A-2C ①) kullanarak bir +12 V aküden ± 5V güç kaynağı tasarımı. </li><li> Enstrümantasyon amplifikatör INA121 (③ Şekil 2A-2C) dayalı bir headstage preamplifikatör (10X) tasarlayın. </li><li> Quad dayalı (birinci dereceden 0,1 Hz filtresi, ikinci dereceden alçak geçiren 500 Hz filtresi, çentik 50 Hz filtre yüksek-pass) filtreleme gürültü ile ikinci aşama amplifikatör (25X) Tasarım LT1079 (op-amp315; Şekiller 2A-2C). </li><li> (⑤ Şekil 2A-2C) op-amp LT1079 ve diyot 1N4148 ile hesaplayan bir sinyal klima sahne tasarlayın. Toplam kazanç 250 ve EAG çıkış sıfır 2,5 V olması ile aralığı 0-5 V olduğunu </li></ol></li><li> Diferansiyel EAG girişlerin (② Şekiller 2A-2C) için elektrotlar bağlayın. Pozitif EAGs elde etmek için INA121 çevirici giriş için kayıt elektrot bağlayın. </li><li> Robot uzatma kurulu 12 analog girişlerine EAG çıkış (⑥ Şekil 2A-2C) bağlayın. Her giriş sırayla her milisaniye okunur gibi, örnekleme frekansı 1 KHz. </li></ol> 4. Yazılım Arayüz Ana konuları, bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI) içeren, sinyal algılama ve robotu kontrol etmek için çeşitli fonksiyonlar için yöntemler. <ol><li> Qt-C + + fo bir GUI (Şekil 2B) yaz<html> r veri görselleştirme, dijital filtreleme (20 Hz 5 inci mertebeden Butterworth alçak geçiş filtresi) ve EAG gelen koku algılama. Son iki şekilde yapılabilir: uygun bir filtre (mühendislik yaklaşımı, bölüm 4.2) ile EAG dekonvolüsyonuna tarafından, ya da A. hızlı ve güvenilir feromon algılanmasına izin nöral mekanizmalarını modelleme yoluyla ipsilon güveler (Biyolojik Tabanlı Akıllı yaklaşım, bölüm 4.3). </li><li> Dekonvolüsyon filtre. EAG sıra statik nonlineerliğin oluşan bir doğrusal olmayan çağlayan 27 tarafından açıklanan <img alt="Denklem 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq1.jpg" /> ve üstel dürtü fonksiyonu ile 1. dereceden alçak geçirgen filtre <img alt="Denklem 2" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq2.jpg" /> için <img alt="Denklem 3" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq3.jpg" /> Şekil 3A. Koku konsantrasyonu dalgalı cevabentadır 4 &quot;fo: İçerik-width =&quot; 0.3in &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51704/51704eq4.jpg &quot;/&gt;, EAG çıkış ayrılmaz evrişimle verilir <img alt="Denklem 5" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq5.jpg" /> . Dekonvolüsyon sadece sistemin ters ile elde edilir; olmasıdır <img alt="Denklem 6" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq6.jpg" /> frekans alanında. Daha sonra, <img alt="Denklem 7" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq7.jpg" /> Fourier olan cevabının dönüşümü olarak <img alt="Denklem 8" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq8.jpg" /> . Sinyal tespiti için, 4.2.3 adımlar 4.2.1 izleyin. <ol><li> Zaman tanım olarak deconvolution işlemini gerçekleştirin <img alt="Denklem 9" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq9.jpg" /> ve <img alt="Denklem 10" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq10.jpg" /> Şekil 3B. </li&gt; <li> Nonlineerlik yaklaştığı <img alt="Denklem 11" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq11.jpg" /> bir polinom fonksiyonu ile. Gerçek arasındaki ortalama kare hatayı en aza indirmek için giriş-çıkış veri çiftleri üzerinde sürekli polinom parametreleri ve zaman Fit <img alt="Denklem 4" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq4.jpg" /> ve yeniden <img alt="Denklem 12" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> koku yoğunluğu. </li><li> Feromon hit Algılama zaman <img alt="Denklem 12" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> önceden belirlenmiş bir eşiği aşarsa. </li></ol></li><li> Neuromorphic dedektörü. Tespiti için bir başka yaklaşım biyoloji taklit oluşur. A. In ipsilon kelebekler, anten girişi alan santral nöronlar uyarma-inhibisyon 13 basmakalıp bir ateşleme deseni ile feromon cevap. A Hodgkin-Huxley tDört iyonik akımları ile Ype nöron modeli <img alt="Denklem 13" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq13.jpg" /> (Geciktirilmiş düzeltici K + akımı, voltaj kapılı Na + ve Ca2 + akımı, akım Ca2 +-bağımlı K +, küçük bir iletim), daha önce gözlenen fizyolojik tepkilerini 13 üretmek için geliştirilmiştir. Sinyal tespiti için, 4.3.3 için adımlar 4.3.1 izleyin. <ol><li> Diferansiyel denklemler olarak nöron modelini uygulamak. Giriş akımı olarak EAG sinyalini kullanın <img alt="Denklem 14" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq14.jpg" /> Membran potansiyeli evriminde <img alt="Denklem 15" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq15.jpg" /> . Bir membran kapasitans C = 22.9 pF tarafından verilen bir sızıntı akımı kullanın <img alt="Denklem 16" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq16.jpg" /> iletkenlik g L = 0.011161 uS ileters potansiyel E L = -61.4 mV. Iyonik akımları tarafından tarif edilmektedir <img alt="Denklem 17" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq17.jpg" /> ile <img alt="Denklem 18" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq18.jpg" /> nerede tarafından <img alt="Denklem 19" fo:content-width="1.2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq19.jpg" /> V. doğrusal olmayan fonksiyonları ayrıntı için önceki çalışmalarını 13 görün. </li><li> Bir 4. dereceden Runge-Kutta yöntemi ile diferansiyel denklemler ve bir zaman adım bütünleştirerek Sirene ile gerçek zamanlı nöron modeli simüle <img alt="Denklem 20" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq20.jpg" /> = 0.01 msn. Başak testi V (t f)&gt; 0 mV ve V (t f çalıştırın - <img alt="Denklem 20" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq20.jpg" /> ) &lt;Başak kez elde etmek için online ve aralıklarla interspike 0 mV. </li><li> Algılamaferomon hit uyarılmasının bir patlama (3 ardışık interspike aralıklarla &lt;70 msn) (aralığı ≥ 350 msn interspike) önlenmesi ile takip olduğunda, Şekil 3C. </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.

Neredeyse yirmi yıl önce, Kanzaki ve arkadaşları koku robotlar 29-30 EAGs kullanma fikrine öncülük. Onların tekniği aslında eksize antenleri dayanmaktadır. Burada, preparasyon hassasiyetini ve ömrünü artırmak için sağlam antenlerden kaydedildi. Diğer çalışmalar da 31-32 izole antenleri üzerinde tüm vücut hazırlıkları üstünlüğünü fark ettim. Bizim robot deneylerde, biz bir gün içinde istikrarlı kayıtları yaşadı. Bunun aksine, EAGs 2 saatlik bir kullanım süresi (Şekil 5) sahip izole edilmiş anten üzerine kaydedilir. Bizim EAG-robot platformu öncelikle böceklerin 13 koku kodlama ve arama stratejileri hakkında biyolojik hipotezleri test etmek için geliştirilmiştir. Böcek antenleri girdi almak merkezi nöronlara benzer, biz bir robot gerçek bir güve antene bir nöron modeli bağlı ve ateşleme desen dayalı feromon tespiti yapıldı. Algılama ve non-algılama olaylardıDaha sonra feromonun kaynağına doğru robotu tahrik etmek için kullanılabilir. Burada düşünülen reaktif arama stratejisi bir seks feromon çekti erkek kelebeklerin davranış kalıpları esinlenilmiştir. Bu, 2 m bir kaynaktan düşük bir emisyon kaynağı nispeten büyük bir ara alanı (başlangıç ​​mesafesi de (önceki çalışmaları 24, 10 mg karşılık eden durumda 10 ug feromon doz) lokalizasyonu sağlayan, laboratuar koşullarında (Şekil 6) iyi performans önceki deneylerde 20-21) 10 cm&#39;den karşı. Bu robot deneyler böcek antenleri robotik koku aramalar için uygun olduğunu gösteren bir kavram bir kanıtı olarak kabul edilmelidir. Böcek antenleri zehirli gazlar, uyuşturucu ve patlayıcı 9-11 yanıt bilinmesine rağmen, çeşitli uzantıları gerçek dünya uygulamaları ile başa çıkmak için ihtiyaç vardır. İlk olarak, daha sofistike bir arama yöntemi 34-36, 10 metre ötesindeki uzaklıklarda yeniden kazanılması zaman daha verimli olabilirbulutun çok olası hale gelir. İkinci olarak, ilgi koku tespit etmek için bir biyo-elektronik burun konfigürasyonda 14 farklı türlerden EAGs birleştirmek için gerekli olabilir. Üçüncü olarak, aynı böceğin iki antenlerden kaydedilerek elde stereo algılama yetenekleri etkinliği açısından yararlı olabilir. Paralel çalışan iki sensör gerçekten yönünü artabilir. Dördüncü olarak, toplu robotik aramalarda 37 arama stratejisinin uzantıları onlar kelebeklerin durumunda biyolojik ilgili olmasa bile pratik uygulamalar için dikkat edilmesi gerektiğini vardır.

Günümüzde, köpek gibi hayvanlar sık sık, çünkü onların mükemmel koku algılama yetenekleri 16 kimyasal sızıntı, uyuşturucu ve patlayıcı madde lokalizasyonu dahil emniyet ve güvenlik uygulamalarında kullanılmaktadır. Oysa, onlar, davranışsal farklılıklar göstermektedir yoğun işten sonra yorgun ve bunların performansı zaman 17 azalır gibi sık sık yeniden eğitim gerektirir. Bu sınırlamaları aşmak için bir yolu koku robotlar tarafından eğitilmiş köpekler değiştirmektir. Bununla birlikte, kokular ve koku kaynakları izleme robotik önemli bir sorundur. Çalkantılı ortamlarda, bir koku bulutunun manzara çok heterojen ve kararsız ve düzensiz yerleşmiş yamalar 4. oluşur. Hatta birkaç metre gibi kısa kaynaktan orta mesafelerde, tespitler sporadik olmak ve sadece aralıklı ipuçları sağlar. Ayrıca, tespitleri sırasında lokal konsantrasyonu eğimleri genellikle kaynağına doğru işaret etmemektedir. Verilen diskbilgi ve sınırlı yerel bilgi ontinuous akışı zaman algılamaları kaynağına doğru bir robot gezinmek için nasıl yapılır? Biliyorsunuz bu tür erkek kelebekler gibi böcekler başarıyla uzun mesafelere (yüzlerce metre) üzerinden eşlerini bulmak için kimyasal iletişimi kullandıkları bilinmektedir. Bunu yapmak için, bir basmakalıp davranış 18-20 benimsemek: Onlar bir koku yama duyulması üzerine dumandan dalgalanma ve koku bilgi kaybolur zaman döküm denilen uzun bir arama yapmak. Bu dalgalanma döküm stratejisi tamamen reaktif, yani eylemler tamamen cari algıları (algılama ve non-algılama olayları) tarafından belirlenir. Koku yamalar algılama yapay gaz sensörleri yavaşlık tarafından engellenmektedir, çünkü henüz, koku robotlar üzerinde uygulanması geçmişte başarı olamadı. Genellikle filtre böylece koku robotlar çoğunda kullanılan metal oksit sensörleri saniye onlarca müdahale ve kurtarma süreleri varÇalkantılı tüyleri 21 karşılaşılan konsantrasyon dalgalanmaları. Buna karşılık, böcek kemoreseptörlerinin tepki süresi, örneğin, böcek electroantennograms (EAGs) ve yükselme zamanı az 50 msn 22 olduğunu, çok daha kısadır. Sonuç olarak, böcek EAGs kullanarak, koku bakliyat birkaç Hertz 23 frekanslarda çözümlenir. Bu özellik doğal tüyleri koku filamentlerin saptanması için EAG sensörler de uygun hale getirir. Biz burada dalgalanması kullanarak verimli koku aramalar için izin robotlar üzerinde böcek EAGs gömme ve stratejilerini döküm için bir protokol açıklar.

<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

Böcekler yiyecek aramakla veya arkadaşları 3 için arama gibi mayın alanları 2 yüz aynı sorun tehlikeli sanayi tesislerinin 1 veya patlayıcı izleri kimyasal sızıntıları izlemek için tasarlanmış robotlar: koku arama çalkantılı ulaşım 4 fiziği ile sınırlıdır. Rüzgar kaynaklı kokuların konsantrasyonu manzara süreksizdir ve düzensiz yerleşmiş yamalar oluşur. Koku arandığı bir ön koşul aralıklı koku yamalar tespit olmasıdır. Çünkü onun yüksek hız ve hassasiyet 5-6, böceklerin koku alma organı tespiti için eşsiz bir fırsat sunuyor. Böcek antenler örneğin insanlarda alakalı seks feromon 7 değil, aynı zamanda kimyasal madde, kanser hücreleri 8 veya toksik ve kaçak maddeler 9-11 çıkan uçucu bileşikler, sadece tespit etmek için geçmişte kullanılmıştır. Biz özerk robotlar üzerinde böcek antenleri kullanarak burada bir protokol açıklar birkendi kaynağına koku tüyleri izleme konseptinin bir kanıtı sunmak d. Koku nöronların global yanıt electroantennograms (EAGs) şeklinde yerinde kaydedilir. Bir bütün böcek hazırlık dayalı deneysel tasarım, bir iş günü içinde istikrarlı kayıtlar sağlar. Buna karşılık, kesilmiş anten üzerinde EAGs 2 saatlik bir kullanım ömrüne sahiptir. Özel bir donanım / yazılım arayüzü EAG elektrot ve bir robot arasında geliştirilmiştir. Ölçüm sistemi yapay kimyasal sensörler 12 zaman ölçeğini aşıyor 10 Hz, bireysel koku yamalar giderir. Koku aramalar için EAG sensör feromon verimi, bir kaynak robotu doğru sürüş gösterilmiştir. Gerçek hayvanlarda olduğu gibi aynı koku uyaranlara ve sensörler kullanılarak, bizim robot platformu koku kodlama ve arama stratejileri, yaklaşık 13 biyolojik hipotezleri test etmek için doğrudan araç sağlar. Ayrıca tarafından çıkarlarını diğer koku tespit için yararlı olabilirBir Biyoelektronik burun yapılandırmada 14 farklı böcek türlerinin EAGs birleştirerek veya böcek antenleri 15 taklit nano yapılı gaz sensörleri kullanarak.

Protokol ilk doğrudan anten üzerinde kabarık feromonun kısa 20 msan pals (doz 1 ug ve 10 ug) ile test edilmiştir, yukarıda tarif. Şekil 4A, feromon palsına yanıt olarak EAGs göstermektedir. Adım 3.3 &#39;de tarif edildiği gibi bir kayıt elektrotu, yükselticinin ters çevirici girişine bağlanmış, çünkü olumludur. Güç spektrumu tarafından belirtildiği gibi, ölçüm sistemi 10 Hz feromon darbeler kadar çözmek mümkün değildir. Karşılaştırma için, aynı zamanda ticari olarak temin edilebilir bir gaz sensörü test edilmiştir. TGS2620 çözücü buharının tespit edilmesi için imal edilen bir metal oksit sensördür. Sensör etanol için yüksek hassasiyet sunar, ancak (Şekil 4B kesik eğri bakınız) konsantrasyon değişimleri takip edemedi. Sorun, sensör yuvası geldi. TGS2620 bir alev geçirmez paslanmaz çelik gazlı bez olan bir kap ile ticari. Uygulamada, bu alır, çünkü tepki süresi yavaşgazlı bez ile yaygın ve metal oksit yüzeye ulaşmak için gaz için belli bir zaman. Gaz kap içine sıkışmış zaman sensörünü temizlemek için zaman alır, çünkü Kurtarma da yavaş. Bu nedenle, kapak çıkarılır ve bu değişiklik (Şekil 4B&#39;de düz eğri bakınız) önemli ölçüde geliştirilmiş dinamikleri. Yine de, EAG ve TGS2620 (1 Hz karşı 10 Hz) arasında bir faktör on oldu. Bu karşılaştırma EAG olarak yine de nitel ve TGS2620 aynı koşullarda test değildi. Sonra bizim tam böcek hazırlanması eksize antenleri (n = 7 antenleri) ile karşılaştırıldığında (n = 12 güveleri) zaman içinde stabilitesini değerlendirdik. EAG feromon stimülasyondan (süresi 500 ms, doz 1 ug) yanıt olarak periyodik olarak kaydedildi. (MV) Ham EAGs (başlangıç ​​değerinin yüzdesi süresi t = 0 zamanında elde edilmiştir) göreceli EAGs dönüştürüldü. Şekil 5, bizim bütün böcek-prep çok iyi kararlılık ŞekilBir iş günü içinde Preparasyonu. Sinyali sadece 1.5 saat sonra başlangıç ​​değerinin yarısına denk gelecek şekilde tersine, EAGs hızlı, zaman içinde izole antenleri azalma kaydedilir. Bu kez bağımlılık da 2 saatlik bir ömür boyu bir üslü tarafından açıklanmıştır. Reaktif bir arama stratejisi (Şekil 6A) kullanılarak: Son olarak, bir koku kaynağı (Oac feromon bileşik Z7-12) aramak için EAG robotik plateform yeteneğini test. Arama stratejisi dumandan dalgalanma feromon tespitlerde 28 yokluğunda spiral döküm ile tespit edilir her zaman birleştirir. Adım 4.3 &#39;de tarif edildiği gibi feromonun varlığı, neuromorphic detektör tarafından EAG ikinci tespit edilir. Arama sırasında kaydedilen EAG iki örneği, Şekil 6B &#39;de gösterilmiştir. Koku kaynağı olmadan, EAG çok az veya hiç tespitleri ile (yani 2.5 V) sıfır etrafında kalır. Robot spiral döküm gerçekleştirir ve genellikle arama alanı bef bırakırcevher hedef konuma ulaşan (denemelerin% 92, n = 26 denemeler, Şekil 6C sağ). Koku kaynağı (sol Şekil 6C) ile, EAG sessizlik dönemleri (hiçbir algılamalar) ile iç içe faaliyet (algılamaları) patlamaları sunuyor. Spiral döküm ağırlıklı tüy kontür (Şekil 6C, kırmızı çizgi sol) oluşur ve koku kaybolduğunda bulutun merkez taşındıktan için etkili bir strateji olabilir. Bu durumda, kaynak genel olarak (başarı oranı = 96%, n = 44 çalışma) bulunur. <img alt="Şekil 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig1highres.jpg" width="500" /> Şekil 1. Tüm-böcek EAG hazırlama ve robotik tertibat. A) elektroantenogram (EAG) bir bütün böcek hazırlanması (ayrıntılar için metne bakınız). B) kaydedilir hazırlanması soymak monte edilirot. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig1highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig2highres.jpg" width="500" /> Şekil 2.. Donanım-yazılım arayüzü. Donanım A) Kartal şematik. Devre altı bölümden (ayrıntılar için metne bakınız) oluşur. Bu izin filtreleme (frekans bandı 0.1-500 Hz, 50 Hz çentik), yükseltme (toplam kazanç 250X) ve aralık 0-5 V. B sinyal klima) (üst kırmızı ve bakır hatları gösteren Kartal düzeni ayrık elemanları veri görselleştirme (kırmızı iz = EAG girdi, yeşil iz için Qt-C + + ile yazılmış. D) Grafik kullanıcı arayüzü (GUI) gösteren mavi alt) ve yeşil delikleri (). C) Baskılı devre kartı (PCB)= Nöron modeli çıktı), filtre tasarımı ve sinyal algılama. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig2highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig3highres.jpg" width="500" /> EAG gelen Şekil 3.. Sinyal algılama. A) elektroantenogram (EAG) modeli. EAG üstel dürtü fonksiyonu ile bir 1. sıra düşük geçiş filtresi ardından statik nonlineerliğin oluşan bir doğrusal olmayan çağlayan 27 modellenmiştir <img alt="Denklem 21" fo:content-width=".2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq21.jpg" /> . EAG çıkışı ile evrişim integralince verilmiştir <img alt="Denklem 22" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq22.jpg" /> . B) Mühendislik yaklaşımı. Dekonvolüsyon filter yazıyor <img alt="Denklem 23" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq23.jpg" /> ve <img alt="Denklem 24" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq24.jpg" /> Ayrıntılar için metne bakınız. Koku karşılaştığında (hits) ne zaman tespit edilir <img alt="Denklem 12" src="/files/ftp_upload/51704/51704eq12.jpg" /> Önceden tanımlanmış bir eşik. C) Bio-ilham yaklaşımı aşıyor. Beş iç akımları (kaçak, K +, Na +, Ca2 + ve SK) ile bir Hodgkin-Huxley tipi nöron modeli eksitasyon-inhibisyon (EI) gözlenen ateşleme desen üretmek için kullanılan deneysel 13 görülmektedir. Uyarılmasının bir patlama ateşleme aktivite inhibisyonu izlemektedir her girdi akım ve bulgular, tespit edildiği gibidir sinyal tespiti için, EAG sinyali kullanılır. <img alt="Şekil 4," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig4highres.jpg" width="500" /> &lt;<html> br /&gt; Şekil 4. EAG tepki süresi. A) EAG farklı oranlarda (1, 2, 4, 6, 8, ve 10 darbe / sn) teslim 20 msan feromon darbeleri (doz 1 ug ve 10 ug) tepki olarak kayıtları. Normalize EAG güç spektrumu 1 ve 10 Hz (doz 1 ug ve 10 ug) darbeli bir uyarıcı için gösterilir. EAG etanol yanıt () konsantrasyonu dalgalanan gaz sensörü TGS2620 10 Hz. B) Kayıtlar bireysel darbeler kadar giderir. Kesik ve düz eğrileri ile ve kapak olmadan sensör yanıt vardır, sırasıyla. Kapağı ile sensör saniye onlarca bir tepki süresine sahip ve böylece gaz konsantrasyon dalgalanmaları takip edemez. Kapağı olmadan TGS2620 1 Hz kadar bireysel dalgalanmaları giderir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig4highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> hep &quot;&gt; <img alt="Şekil 5," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig5highres.jpg" width="500" /> Şekil 5,. EAG stabilite (kesilmiş anten vs bütün böcek hazırlanması). EAG eksize antenleri (n = 7 antenleri) 3.2 saat süresince, bütün böcek-(N = 12 güveleri) ve her 20 dakika boyunca 8 saat boyunca her saat başı kaydedilmiştir. Şekil nispi EAGs (t = 0 zamanında elde edilen, başlangıç ​​değerinin yüzdesi) göstermektedir. Eksize antenleri için zaman bağımlılığı da 2 saat (1.5 saat yarı ömrü) bir ömür boyu bir üslü tarafından monte edilir. <img alt="Şekil 6," fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51704/51704fig6highres.jpg" width="500" /> Şekil 6.. Robotik deneyler. A) dalgalanma-döküm stratejisi içinde rüzgâra karşı dalgalanma birleştirironun yokluğunda spiral döküm ile koku varlığı robot koku olmadan (n (n = 44 deneme) koku) ve koku olmadan (. C) Robot yörüngeleri hareket ve sırasında arama sırasında kaydedilen 28. B) Tipik EAG = 26 denemeler). Kırmızı kesikli çizgi tüm algılamaların 90% denemeleri sırasında meydana gelen bulutun kontur temsil eder. Deney koşulları: arama alanı = 4 mx 2.5 m, robotun hızı = 5.6 cm / sn, hedef feromon = 10 ug bir kağıt filtre üzerinde biriken ve her 2 denemeler yerine, hedeften robot ilk konumu = 2 m, rüzgar hızı = 0.9 ± Hedef bölgede 0.2 m / sn. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51704/51704fig6highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</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.

Koku Aramalar için Otonom Robotlar Böcek elektroantenogram Sensörleri kullanarak

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 Görüntüleme.  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.

Kemirgen Beyin Dilimleri Nöronlar Vibrodissociation Sinaptik İletim ve Görüntü Presinaptik Terminalleri Eğitim

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

Nörobilim

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.

Emme Pipet Tekniği kullanılarak Olfaktör Reseptör Nöronlar Kaydedilmiş odorant bağlı Cevapları

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.

Böcek antennal Lob Gaz Kromatografisi-Multi-ünite Recordings (GCMR) kullanarak Olfaktör Uçuculuk tanımlanması

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 Robotlar Sinir Sistemi simülasyonlar Tasarlama ve uygulama

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.

In Koku Reseptör Nöronlar Tüm Dağı ile immün<em&gt; Drosophila</em&gt; Anten

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.

Nörodejeneratif Hastalığının fare modelleri için koku alma Tahliller

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.

Semiokimyasallar için yatak hataların Koku Nöron Cevapları Algılama Tek Sensillum Kaydı Kullanma

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.

Genetik Kodlanmış Floresan Gerilim Sensörleri İki Türleri ile Potansiyel görüntüleme Membran

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.

Böcek kontrollü Robot: Bir Mobil Robot Platformu bir Böcek Koku izleme Yeteneği değerlendirin

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.

Koku Meşfatının Olfaktör Duyusal Akson Moleküler Kimlik Kodlarının Görselleştirilmesi İçin Dörtlü İmmün Sulanması

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