17 feb. 1999
3 minuten
Elektrotechnici van de Amerikaanse Duke University hebben een draadloos telemetriesysteem ontwikkeld dat licht is en krachtig genoeg is om wetenschappers de gelegenheid te geven de complexe neurologische activiteit bestuderen van libellen als ze tijdens hun vlucht een prooi vangen.
Eerdere studies van gedrag van insecten zijn beperkt door het feit dat door het gewicht van de telemetriesystemen voor het op afstand verzamelen van gegevens de insecten niet op een natuurlijke manier konden functioneren. Het nieuwe systeem maakt geen gebruik van batterijen; de voedingsspanning wordt draadloos verzonden naar de vliegende libel.
Elektroden op zenuwcellen
Elektrotechnisch ingenieur Matt Reynolds van de universiteit, en Reid Harrison van Intan Technologies, ontwikkelden de telemetriechip voor wetenschappers van het Howard Hughes Medical Institute (HHMI), die een beter inzicht proberen te krijgen in het complexe vlieggedrag van libellen. Ze verzamelen hun informatie door het aanbrengen van kleine elektroden op individuele cellen in de zenuwen van de libel en registreren zo de elektrische activiteit van de neuronen en de spieractiviteit. Omdat de bestaande telemetriesystemen zo zwaar waren, zijn de experimenten tot nu toe uitgevoerd met geïmmobiliseerde libellen.
"In ons systeem wordt de chip op de libel draadloos van voldoende vermogen voorzien om de elektrische signalen van een groot aantal neuronen in real-time over te zenden", zegt Reynolds. De onderzoekers verwachten dat dit systeem het voor het eerste mogelijk zal maken om het gedrag van kleine dieren op afstand te bestuderen.
Draadloos gevoed
De zender die de chip draadloos moet voeden, werkt binnen een speciale experimenteerruimte. Hij verzendt genoeg vermogen om het voor de chip mogelijk te maken datastromen van meer dan vijf megabit per seconde te versturen. Dat is belangrijk omdat de wetenschappers van plan zijn om de verzamelde neuronale gegevens uit de chip te synchroniseren met een high-speed video die wordt gemaakt terwijl het insect in de lucht jaagt op fruitvliegjes.
"Het vastleggen van dit soort gegevens was altijd bijzonder uitdagend", zegt Anthony Leonardo, een neurowetenschapper die bij HHMI’s Janelia Farm Research Campus in Virginia de neurale basis bestudeert van insectengedrag. "In eerdere studies van insectneuronen is het dier alert, maar beperkt in bewegingsvrijheid, terwijl het scenario’s op een projectiescherm bekijkt. Een belangrijk doel voor veel onderzoekers is om gegevens te krijgen van levende dieren die natuurlijk handelen. "
Gewicht
Het gemiddelde gewicht van de libellensoorten die betrokken zijn bij deze onderzoeken is ongeveer 400 milligram, en Leonardo schat dat een individuele libel ongeveer een derde van zijn gewicht kan dragen zonder nadelige gevolgen op het vliegen en jagen. Huidige meerkanaals draadloze telemetriesystemen wegen tussen de 75 en 150 keer meer dan een libel, nog zonder het gewicht van de accu. Daardoor zijn ze ongeschikt voor de meeste insectenonderzoeken, zei Leonarde. Harrison en Leonardo ontwikkelden al eerder en batterijgevoed telemetriesyteem met een gewicht van 130 milligram. Een libel kan dat meevoeren, maar met moeite.
De chip die Reynolds en zijn team ontwikkelde, weegt slechts 38 milligram – of minder dan de helft van een postzegel. Dat is een vijfde van het gewicht van vroegere telemetriesystemen, maar met een 15 maal grotere bandbreedte, aldus Reynolds.
Vliegexperimenten
De onderzoekers verwachten de vliegexperimenten met libellen de komende maanden te beginnen. Het testen vindt plaats in een speciaal ontworpen testruimte op HHMI’s Janelia Farm, die is voorzien is van de natuurscènes op de muren, een vijver en veel fruitvliegen als voedsel voor de libellen.
De chip, met twee haardunne antennes, wordt bevestigd aan de buik van het insect, zodat hij de vleugels niet in de weg zit, en heeft een ononderbroken radiocontact met de energiezender op de grond.
Anderen lazen ook
