Nyheder

Tak for dit besøg på Nature.com. Den browserversion, du bruger, har begrænset understøttelse af CSS. For at få den bedste oplevelse anbefaler vi, at du bruger en opdateret browser (eller slår kompatibilitetstilstand fra i Internet Explorer). I mellemtiden vil vi for at sikre fortsat understøttelse vise webstedet uden stilarter og JavaScript.
Den stadigt stigende efterspørgsel efter mobiltelefoni har ført til den fortsatte fremkomst af trådløse teknologier (G), som kan have forskellige indvirkninger på biologiske systemer. For at teste dette udsatte vi rotter for en enkelt hovedeksponering for et 4G langtidsudviklings (LTE)-1800 MHz elektromagnetisk felt (EMF) i 2 timer. Vi vurderede derefter effekten af ​​lipopolysaccharid-induceret akut neuroinflammation på mikroglias rumlige dækning og elektrofysiologisk neuronal aktivitet i den primære auditive cortex (ACx). Den gennemsnitlige SAR i ACx er 0,5 W/kg. Multi-enhedsoptagelser viser, at LTE-EMF udløser en reduktion i intensiteten af ​​responsen på rene toner og naturlige vokaliseringer, mens en stigning i den akustiske tærskel for lave og mellemfrekvente frekvenser. Iba1 immunhistokemi viste ingen ændringer i det område, der er dækket af mikrogliale legemer og processer. Hos raske rotter inducerede den samme LTE-eksponering ikke ændringer i responsintensitet og akustiske tærskler. Vores data viser, at akut neuroinflammation sensibiliserer neuroner over for LTE-EMF, hvilket resulterer i ændret behandling af akustiske signaler. stimuli i ACx.
Menneskehedens elektromagnetiske miljø har ændret sig dramatisk i løbet af de sidste tre årtier på grund af den kontinuerlige udvidelse af trådløs kommunikation. I øjeblikket betragtes mere end to tredjedele af befolkningen som mobiltelefonbrugere (MP). Den omfattende spredning af denne teknologi har vakt bekymring og debat om de potentielt farlige virkninger af pulserende elektromagnetiske felter (EMF'er) i radiofrekvensområdet (RF), som udsendes af MP'er eller basestationer og koder for kommunikation. Dette folkesundhedsproblem har inspireret en række eksperimentelle undersøgelser, der er dedikeret til at undersøge virkningerne af radiofrekvensabsorption i biologisk væv1. Nogle af disse undersøgelser har undersøgt ændringer i neuronal netværksaktivitet og kognitive processer, givet hjernens nærhed til RF-kilder under den udbredte brug af MP. Mange rapporterede undersøgelser omhandler virkningerne af pulsmodulerede signaler, der anvendes i anden generation (2G) globalt system til mobilkommunikation (GSM) eller wideband Code Division Multiple Access (WCDMA)/tredje generation universelle mobile telekommunikationssystemer (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Der vides kun lidt om virkningerne af radiofrekvenssignaler, der anvendes i fjerde generation (4G) mobiltjenester, som er afhængige af en Fuldt digital internetprotokolteknologi kaldet Long Term Evolution (LTE) teknologi. LTE-håndsættjenesten, der blev lanceret i 2011, forventes at nå 6,6 milliarder globale LTE-abonnenter i januar 2022 (GSMA: //gsacom.com). Sammenlignet med GSM (2G) og WCDMA (3G) systemer baseret på single-carrier modulationsordninger bruger LTE Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) som det grundlæggende signalformat6. På verdensplan bruger LTE-mobiltjenester en række forskellige frekvensbånd mellem 450 og 3700 MHz, inklusive 900 og 1800 MHz-båndene, der også bruges i GSM.
RF-eksponerings evne til at påvirke biologiske processer bestemmes i høj grad af den specifikke absorptionshastighed (SAR) udtrykt i W/kg, som måler den energi, der absorberes i biologisk væv. Virkningerne af akut 30-minutters hovedeksponering for 2,573 GHz LTE-signaler på global neuronal netværksaktivitet blev for nylig undersøgt hos raske frivillige. Ved hjælp af fMRI i hviletilstand blev det observeret, at LTE-eksponering kan inducere spontane langsomme frekvensfluktuationer og ændringer i intra- eller interregional konnektivitet, mens rumlige peak SAR-niveauer i gennemsnit over 10 g væv blev estimeret til at variere mellem 0,42 og 1,52 W/kg, i henhold til emnerne 7, 8, 9. EEG-analyse under lignende eksponeringsforhold (30 minutters varighed, estimeret peak SAR-niveau på 1,34 W/kg ved hjælp af en repræsentativ menneskelig hovedmodel) viste reduceret spektral effekt og hemisfærisk kohærens i alfa- og beta-båndene. To andre undersøgelser baseret på EEG-analyse viste imidlertid, at 20 eller 30 minutters LTE-hovedeksponering, med maksimale lokale SAR-niveauer sat til omkring 2 W/kg, enten havde nogen detekterbar effekt11 eller resulterede i et fald i spektralstyrken i alfabåndet, mens kognition ikke ændrede sig i funktion vurderet med Stroop-testen12. Signifikante forskelle blev også fundet i resultaterne af EEG- eller kognitive studier, der specifikt undersøgte virkningerne af GSM- eller UMTS-EMF-eksponering. De menes at skyldes variationer i metodedesign og eksperimentelle parametre, herunder signaltype og modulation, eksponeringsintensitet og -varighed, eller fra heterogenitet hos mennesker med hensyn til alder, anatomi eller køn.
Indtil videre er der anvendt få dyreforsøg til at bestemme, hvordan eksponering for LTE-signalering påvirker hjernefunktionen. Det er for nylig blevet rapporteret, at systemisk eksponering af mus under udvikling fra sent embryonalt stadie til fravænning (30 min/dag, 5 dage/uge, med en gennemsnitlig helkrops-SAR på 0,5 eller 1 W/kg) resulterede i ændret motorisk og appetitlig adfærd i voksenalderen 14. Gentagen systemisk eksponering (2 ha pr. dag i 6 uger) hos voksne rotter viste sig at inducere oxidativ stress og reducere amplituden af ​​visuelle fremkaldte potentialer opnået fra synsnerven, med en maksimal SAR estimeret til at være så lav som 10 mW/kg 15.
Ud over analyser på flere skalaer, herunder cellulært og molekylært niveau, kan gnavermodeller bruges til at studere virkningerne af RF-eksponering under sygdom, som tidligere fokuseret på GSM- eller WCDMA/3G UMTS EMF i forbindelse med akut neuroinflammation. Studier har vist virkningerne af anfald, neurodegenerative sygdomme eller gliomer 16,17,18,19,20.
Lipopolysaccharid (LPS)-injicerede gnavere er en klassisk præklinisk model for akutte neuroinflammatoriske reaktioner forbundet med godartede infektionssygdomme forårsaget af virus eller bakterier, der påvirker størstedelen af ​​befolkningen hvert år. Denne inflammatoriske tilstand fører til en reversibel sygdom og depressivt adfærdssyndrom karakteriseret ved feber, appetitløshed og reduceret social interaktion. Residente CNS-fagocytter såsom mikroglia er nøgleeffektorceller i denne neuroinflammatoriske reaktion. Behandling af gnavere med LPS udløser aktivering af mikroglia karakteriseret ved ombygning af deres form og cellulære processer og dybtgående ændringer i transkriptomprofilen, herunder opregulering af gener, der koder for proinflammatoriske cytokiner eller enzymer, som påvirker neuronale netværk. Aktiviteter 22, 23, 24.
Ved at studere virkningerne af en enkelt 2-timers hovedeksponering for GSM-1800 MHz EMF hos LPS-behandlede rotter fandt vi, at GSM-signalering udløser cellulære reaktioner i hjernebarken, hvilket påvirker genekspression, glutamatreceptorfosforylering, neuronal meta-fremkaldt affyring og morfologien af ​​mikroglia i hjernebarken. Disse effekter blev ikke påvist hos raske rotter, der modtog den samme GSM-eksponering, hvilket tyder på, at den LPS-udløste neuroinflammatoriske tilstand sensibiliserer CNS-celler over for GSM-signalering. Med fokus på den auditive cortex (ACx) hos LPS-behandlede rotter, hvor den lokale SAR i gennemsnit var 1,55 W/kg, observerede vi, at GSM-eksponering resulterede i en stigning i længden eller forgreningen af ​​mikrogliale processer og et fald i neuronale reaktioner fremkaldt af rene toner og. Naturlig stimulering 28.
I den aktuelle undersøgelse havde vi til formål at undersøge, om eksponering udelukkende for LTE-1800 MHz-signaler også kunne ændre mikroglial morfologi og neuronal aktivitet i ACx, hvilket reducerede eksponeringsstyrken med to tredjedele. Vi viser her, at LTE-signalering ikke havde nogen effekt på mikrogliale processer, men stadig udløste en signifikant reduktion i lydfremkaldt kortikal aktivitet i ACx hos LPS-behandlede rotter med en SAR-værdi på 0,5 W/kg.
I betragtning af tidligere beviser for, at eksponering for GSM-1800 MHz ændrede mikroglial morfologi under proinflammatoriske tilstande, undersøgte vi denne effekt efter eksponering for LTE-signalering.
Voksne rotter blev injiceret med LPS 24 timer før placebo-eksponering af hovedet eller eksponering for LTE-1800 MHz. Ved eksponering blev der etableret LPS-udløste neuroinflammatoriske reaktioner i hjernebarken, som vist ved opregulering af proinflammatoriske gener og ændringer i kortikale mikroglia-morfologi (Figur 1). Den effekt, der blev eksponeret af LTE-hovedet, blev indstillet til at opnå et gennemsnitligt SAR-niveau på 0,5 W/kg i ACx (Figur 2). For at bestemme, om LPS-aktiverede mikroglia reagerede på LTE EMF, analyserede vi kortikale sektioner farvet med anti-Iba1, der selektivt mærkede disse celler. Som vist i figur 3a, så mikroglia i ACx-sektioner fikseret 3 til 4 timer efter placebo- eller LTE-eksponering bemærkelsesværdigt ens ud og viste en "tæt-lignende" cellemorfologi fremkaldt af LPS proinflammatorisk behandling (Figur 1). I overensstemmelse med fraværet af morfologiske reaktioner afslørede kvantitativ billedanalyse ingen signifikante forskelle i det samlede areal (uparret t-test, p = 0,308) eller areal (p = 0,196) og densitet. (p = 0,061) af Iba1-immunreaktivitet ved sammenligning af eksponering for Iba 1-farvede cellelegemer hos LTE-rotter versus placebo-eksponerede dyr (fig. 3b-d).
Effekter af LPS ip-injektion på kortikale mikroglia-morfologi. Repræsentativ visning af mikroglia i et koronalt snit af hjernebarken (dorsomediale region) 24 timer efter intraperitoneal injektion af LPS eller vehikel (kontrol). Celler blev farvet med anti-Iba1-antistof som tidligere beskrevet. LPS proinflammatorisk behandling resulterede i ændringer i mikroglia-morfologi, herunder proximal fortykkelse og øgede korte sekundære grene af cellulære processer, hvilket resulterede i et "tæt-lignende" udseende. Skalalinje: 20 µm.
Dosimetrisk analyse af specifik absorptionshastighed (SAR) i rottehjerne under eksponering for 1800 MHz LTE. En tidligere beskrevet heterogen model af fantomrotte- og loopantenne62 blev brugt til at vurdere lokal SAR i hjernen med et 0,5 mm3 kubisk gitter. (a) Globalt overblik over en rottemodel i en eksponeringsindstilling med en loopantenne over hovedet og en metallisk termisk pude (gul) under kroppen. (b) Fordeling af SAR-værdier i den voksne hjerne ved 0,5 mm3 rumlig opløsning. Området afgrænset af den sorte kontur i det sagittale snit svarer til den primære auditive cortex, hvor mikroglial og neuronal aktivitet analyseres. Den farvekodede skala for SAR-værdier gælder for alle numeriske simuleringer vist i figuren.
LPS-injicerede mikroglia i rotteauditive cortex efter LTE- eller Sham-eksponering. (a) Repræsentativ stablet visning af mikroglia farvet med anti-Iba1-antistof i koronale sektioner af LPS-perfunderet rotteauditive cortex 3 til 4 timer efter Sham- eller LTE-eksponering (eksponering). Skalalinje: 20 µm. (bd) Morfometrisk vurdering af mikroglia 3 til 4 timer efter sham (åbne prikker) eller LTE-eksponering (eksponerede, sorte prikker). (b, c) Rumlig dækning (b) af mikrogliamarkøren Iba1 og områder med Iba1-positive cellelegemer (c). Data repræsenterer anti-Iba1-farvningsområdet normaliseret til gennemsnittet fra sham-eksponerede dyr. (d) Antal anti-Iba1-farvede mikrogliacellelegemer. Forskelle mellem sham- (n = 5) og LTE- (n = 6) dyr var ikke signifikante (p > 0,05, uparret t-test). Toppen og bunden af ​​boksen, de øvre og nedre linjer repræsenterer den 25.-75. henholdsvis 5-95 percentilen og den 5.-95. percentil. Gennemsnitsværdien er markeret med rødt i boksen.
Tabel 1 opsummerer antallet af dyr og optagelser af flere enheder opnået i den primære auditive cortex hos fire grupper af rotter (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS). I resultaterne nedenfor inkluderer vi alle optagelser, der udviser et signifikant spektral temporalt receptivt felt (STRF), dvs. tonefremkaldte responser, der er mindst 6 standardafvigelser højere end spontane affyringsrater (se tabel 1). Ved at anvende dette kriterium valgte vi 266 poster til Sham-gruppen, 273 poster til den Exposed-gruppen, 299 poster til Sham-LPS-gruppen og 295 poster til den Exposed-LPS-gruppen.
I de følgende afsnit vil vi først beskrive de parametre, der er udtrukket fra det spektral-temporale receptive felt (dvs. responsen på rene toner) og responsen på xenogene specifikke vokaliseringer. Vi vil derefter beskrive kvantificeringen af ​​det frekvensresponsområde, der er opnået for hver gruppe. I betragtning af tilstedeværelsen af ​​"indlejrede data"30 i vores eksperimentelle design blev alle statistiske analyser udført baseret på antallet af positioner i elektrodeopstillingen (sidste række i tabel 1), men alle effekter beskrevet nedenfor var også baseret på antallet af positioner i hver gruppe. Samlet antal indsamlede multienhedsoptagelser (tredje række i tabel 1).
Figur 4a viser den optimale frekvensfordeling (BF, der fremkalder maksimal respons ved 75 dB SPL) af kortikale neuroner opnået i LPS-behandlede Sham- og eksponerede dyr. Frekvensområdet for BF i begge grupper blev udvidet fra 1 kHz til 36 kHz. Statistisk analyse viste, at disse fordelinger var ens (chi-i-anden, p = 0,278), hvilket tyder på, at sammenligninger mellem de to grupper kunne foretages uden samplingbias.
Effekter af LTE-eksponering på kvantificerede parametre for kortikale responser hos LPS-behandlede dyr. (a) BF-fordeling i kortikale neuroner hos LPS-behandlede dyr eksponeret for LTE (sort) og sham-eksponeret for LTE (hvid). Der er ingen forskel mellem de to fordelinger. (bf) Effekten af ​​LTE-eksponering på parametre, der kvantificerer det spektrale temporale receptive felt (STRF). Responsstyrken blev signifikant reduceret (*p < 0,05, uparret t-test) på tværs af både STRF (total responsstyrke) og optimale frekvenser (b, c). Responsvarighed, responsbåndbredde og båndbreddekonstant (df). Både styrken og den tidsmæssige pålidelighed af responser på vokaliseringer blev reduceret (g, h). Spontan aktivitet blev ikke signifikant reduceret (i). (*p < 0,05, uparret t-test). (j, k) Effekter af LTE-eksponering på kortikale tærskler. Gennemsnitlige tærskler var signifikant højere hos LTE-eksponerede rotter sammenlignet med sham-eksponerede rotter. Denne effekt er mere udtalt i de lave og mellemste frekvenser.
Figur 4b-f viser fordelingen af ​​parametre afledt af STRF for disse dyr (gennemsnit angivet med røde linjer). Effekterne af LTE-eksponering på LPS-behandlede dyr syntes at indikere nedsat neuronal excitabilitet. For det første var den samlede responsintensitet og responser signifikant lavere i BF sammenlignet med Sham-LPS-dyr (fig. 4b,c uparret t-test, p = 0,0017; og p = 0,0445). Ligeledes faldt responser på kommunikationslyde i både responsstyrke og inter-forsøgs pålidelighed (fig. 4g,h; uparret t-test, p = 0,043). Spontan aktivitet blev reduceret, men denne effekt var ikke signifikant (fig. 4i; p = 0,0745). Responsvarighed, tuningbåndbredde og responslatens blev ikke påvirket af LTE-eksponering hos LPS-behandlede dyr (fig. 4d-f), hvilket indikerer, at frekvensselektivitet og præcision af startresponser ikke blev påvirket af LTE-eksponering hos LPS-behandlede dyr.
Vi vurderede derefter, om de rentonede kortikale tærskler blev ændret af LTE-eksponering. Ud fra frekvensresponsområdet (FRA) opnået fra hver optagelse bestemte vi de auditive tærskler for hver frekvens og beregnede gennemsnittet af disse tærskler for begge dyregrupper. Figur 4j viser de gennemsnitlige (± sem) tærskler fra 1,1 til 36 kHz hos LPS-behandlede rotter. Sammenligning af de auditive tærskler for de simulerede og eksponerede grupper viste en betydelig stigning i tærskler hos eksponerede dyr sammenlignet med simulerede dyr (fig. 4j), en effekt, der var mere udtalt ved lave og mellemfrekvente frekvenser. Mere præcist steg andelen af ​​A1-neuroner med høj tærskel ved lave frekvenser (< 2,25 kHz), mens andelen af ​​neuroner med lav og mellem tærskel faldt (chi-i-anden = 43,85; p < 0,0001; fig. 4k, venstre figur). Den samme effekt blev set ved mellemfrekvens (2,25 < Freq(kHz) < 11): en højere andel af kortikale optagelser med mellemliggende tærskler og en mindre andel af neuroner med lave tærskler sammenlignet med den ueksponerede gruppe (Chi-i-anden = 71,17; p < 0,001; figur 4k, midterste panel). Der var også en signifikant forskel i tærsklen for højfrekvente neuroner (≥ 11 kHz, p = 0,0059); andelen af ​​lavtærskelneuroner faldt, og andelen af ​​mellemhøje tærskler steg (chi-i-anden = 10,853; p = 0,04 figur 4k, højre panel).
Figur 5a viser den optimale frekvensfordeling (BF, der fremkalder maksimal respons ved 75 dB SPL) af kortikale neuroner opnået hos raske dyr for Sham- og Exposed-grupperne. Statistisk analyse viste, at de to fordelinger var ens (chi-i-anden, p = 0,157), hvilket tyder på, at sammenligninger mellem de to grupper kunne foretages uden samplingbias.
Effekter af LTE-eksponering på kvantificerede parametre for kortikale responser hos raske dyr. (a) BF-fordeling i kortikale neuroner hos raske dyr eksponeret for LTE (mørkeblå) og sham-eksponeret for LTE (lyseblå). Der er ingen forskel mellem de to fordelinger. (bf) Effekten af ​​LTE-eksponering på parametre, der kvantificerer det spektrale temporale receptive felt (STRF). Der var ingen signifikant ændring i responsintensiteten på tværs af STRF og optimale frekvenser (b, c). Der er en lille stigning i responsvarighed (d), men ingen ændring i responsbåndbredde og båndbredde (e, f). Hverken styrken eller den tidsmæssige pålidelighed af responserne på vokaliseringer ændrede sig (g, h). Der var ingen signifikant ændring i spontan aktivitet (i). (*p < 0,05 uparret t-test). (j, k) Effekter af LTE-eksponering på kortikale tærskler. I gennemsnit blev tærsklerne ikke signifikant ændret hos LTE-eksponerede rotter sammenlignet med sham-eksponerede rotter, men højere frekvenstærskler var lidt lavere hos eksponerede dyr.
Figur 5b-f viser boksplot, der repræsenterer fordelingen og middelværdien (rød linje) af parametre afledt af de to sæt STRF'er. Hos raske dyr havde LTE-eksponering i sig selv ringe effekt på middelværdien af ​​STRF-parametre. Sammenlignet med Sham-gruppen (lyse vs. mørkeblå bokse for den eksponerede gruppe) ændrede LTE-eksponering hverken den samlede responsintensitet eller responsen af ​​BF (fig. 5b, c; uparret t-test, p = 0,2176 og p = 0,8696). Der var heller ingen effekt på spektral båndbredde og latenstid (p = 0,6764 og p = 0,7129, henholdsvis), men der var en signifikant stigning i responsvarighed (p = 0,047). Der var heller ingen effekt på styrken af ​​vokaliseringsresponser (fig. 5g, p = 0,4375), interforsøgsreliabiliteten af ​​disse responser (fig. 5h, p = 0,3412) og spontan aktivitet (fig. 5).5i; p = 0,3256).
Figur 5j viser de gennemsnitlige (± sem) tærskler fra 1,1 til 36 kHz hos raske rotter. Den viste ingen signifikant forskel mellem simulerede og eksponerede rotter, bortset fra en lidt lavere tærskel hos eksponerede dyr ved høje frekvenser (11-36 kHz) (uparret t-test, p = 0,0083). Denne effekt afspejler det faktum, at der hos eksponerede dyr i dette frekvensområde (chi-i-anden = 18,312, p = 0,001; Fig. 5k) var lidt flere neuroner med lave og mellemstore tærskler (mens høje tærskler var færre neuroner).
Konklusionen er, at når raske dyr blev udsat for LTE, var der ingen effekt på responsstyrken på rene toner og komplekse lyde såsom vokaliseringer. Desuden var de kortikale auditive tærskler hos raske dyr ensartede mellem eksponerede og simulerede dyr, hvorimod LTE-eksponering hos LPS-behandlede dyr resulterede i en betydelig stigning i kortikale tærskler, især i det lave og mellemste frekvensområde.
Vores undersøgelse viste, at eksponering for LTE-1800 MHz med en lokal SARACx på 0,5 W/kg (se Metoder) hos voksne hanrotter, der oplevede akut neuroinflammation, resulterede i en signifikant reduktion i intensiteten af ​​lydfremkaldte responser i primære kommunikationsoptagelser. Disse ændringer i neuronal aktivitet forekom uden nogen synlig ændring i omfanget af det rumlige domæne, der er dækket af mikrogliale processer. Denne effekt af LTE på intensiteten af ​​kortikale fremkaldte responser blev ikke observeret hos raske rotter. I betragtning af ligheden i optimal frekvensfordeling mellem optagelsesenheder hos LTE-eksponerede og simulerede dyr, kan forskellene i neuronal reaktivitet tilskrives biologiske effekter af LTE-signaler snarere end samplingbias (fig. 4a). Desuden antyder fraværet af ændringer i responslatens og spektral tuningbåndbredde hos LTE-eksponerede rotter, at disse optagelser sandsynligvis blev samplet fra de samme kortikale lag, som er placeret i den primære ACx snarere end sekundære regioner.
Så vidt vi ved, er effekten af ​​LTE-signalering på neuronale responser ikke tidligere blevet rapporteret. Tidligere undersøgelser har dog dokumenteret GSM-1800 MHz eller 1800 MHz kontinuerlig bølge (CW) til at ændre neuronal excitabilitet, omend med betydelige forskelle afhængigt af den eksperimentelle tilgang. Kort efter eksponering for 1800 MHz CW ved et SAR-niveau på 8,2 W/kg viste optagelser fra snegleganglier nedsatte tærskler for udløsning af aktionspotentialer og neuronal modulering. På den anden side blev spiking- og bursting-aktivitet i primære neuronale kulturer afledt af rottehjerne reduceret ved eksponering for GSM-1800 MHz eller 1800 MHz CW i 15 minutter ved en SAR på 4,6 W/kg. Denne hæmning var kun delvist reversibel inden for 30 minutters eksponering. Fuldstændig inaktivering af neuroner blev opnået ved en SAR på 9,2 W/kg. Dosis-responsanalyse viste, at GSM-1800 MHz var mere effektiv end 1800 MHz CW til at undertrykke burst-aktivitet, hvilket tyder på, at neuronale responser afhænger af RF-signalmodulation.
I vores setting blev kortikale fremkaldte responser indsamlet in vivo 3 til 6 timer efter den 2 timer lange eksponering kun for hovedet afsluttet. I et tidligere studie undersøgte vi effekten af ​​GSM-1800 MHz ved SARACx på 1,55 W/kg og fandt ingen signifikant effekt på lydfremkaldte kortikale responser hos raske rotter. Her var den eneste signifikante effekt fremkaldt hos raske rotter ved eksponering for LTE-1800 ved 0,5 W/kg SARACx en lille stigning i responsens varighed ved præsentation af rene toner. Denne effekt er vanskelig at forklare, fordi den ikke ledsages af en stigning i responsintensiteten, hvilket tyder på, at denne længere responsvarighed forekommer med det samme samlede antal aktionspotentialer udløst af kortikale neuroner. En forklaring kan være, at LTE-eksponering kan reducere aktiviteten af ​​nogle hæmmende interneuroner, da det er blevet dokumenteret, at feedforward-hæmning i primær ACx kontrollerer varigheden af ​​pyramideformede celleresponser udløst af excitatorisk thalamisk input33,34, 35, 36, 37.
I modsætning hertil havde LTE-eksponering hos rotter udsat for LPS-udløst neuroinflammation ingen effekt på varigheden af ​​den lydfremkaldte neuronale affyring, men der blev observeret signifikante effekter på styrken af ​​de fremkaldte reaktioner. Faktisk udviste neuroner i LPS-behandlede rotter udsat for LTE en reduktion i intensiteten af ​​deres reaktioner sammenlignet med neuronale reaktioner registreret hos LPS-sham-eksponerede rotter, en effekt observeret både ved præsentation af rene toner og naturlige vokaliseringer. Reduktionen i intensiteten af ​​reaktionen på rene toner forekom uden en indsnævring af den spektrale tuningbåndbredde på 75 dB, og da den forekom ved alle lydintensiteter, resulterede den i en stigning i de akustiske tærskler for kortikale neuroner ved lave og mellemfrekvenser.
Reduktionen i styrken af ​​det fremkaldte respons indikerede, at effekten af ​​LTE-signalering ved SARACx på 0,5 W/kg hos LPS-behandlede dyr var den samme som effekten af ​​GSM-1800 MHz anvendt ved tre gange højere SARACx (1,55 W/kg) 28. Hvad angår GSM-signalering, kan hovedeksponering for LTE-1800 MHz reducere neuronal excitabilitet i rotte-ACx-neuroner udsat for LPS-udløst neuroinflammation. I overensstemmelse med denne hypotese observerede vi også en tendens til nedsat forsøgspålidelighed af neuronale reaktioner på vokalisering (fig. 4h) og nedsat spontan aktivitet (fig. 4i). Det har dog været vanskeligt at bestemme in vivo, om LTE-signalering reducerer neuronal intrinsisk excitabilitet eller reducerer synaptisk input og derved kontrollerer neuronale reaktioner i ACx.
For det første kan disse svagere reaktioner skyldes den iboende reducerede excitabilitet af kortikale celler efter eksponering for LTE 1800 MHz. Til støtte for denne idé reducerede GSM-1800 MHz og 1800 MHz-CW burst-aktivitet, når de blev anvendt direkte på primære kulturer af kortikale rottenuroner med SAR-niveauer på henholdsvis 3,2 W/kg og 4,6 W/kg, men et tærskelniveau for SAR var påkrævet for at reducere burst-aktiviteten signifikant. Vi argumenterede for reduceret iboende excitabilitet og observerede også lavere rater af spontan affyring hos eksponerede dyr end hos placebo-eksponerede dyr.
For det andet kan LTE-eksponering også påvirke synaptisk transmission fra thalamo-kortikale eller kortikal-kortikale synapser. Talrige optegnelser viser nu, at bredden af ​​spektral tuning i den auditive cortex ikke udelukkende bestemmes af afferente thalamiske projektioner, men at intrakortikale forbindelser giver yderligere spektral input til kortikale steder39,40. I vores eksperimenter antydede det faktum, at kortikal STRF viste lignende båndbredder hos eksponerede og simuleret eksponerede dyr, indirekte, at virkningerne af LTE-eksponering ikke var virkninger på kortikal-kortikal konnektivitet. Dette antyder også, at højere konnektivitet i andre kortikale regioner eksponeret ved SAR end målt i ACx (fig. 2) muligvis ikke er ansvarlig for de ændrede responser, der rapporteres her.
Her viste en større andel af LPS-eksponerede kortikale optagelser høje tærskler sammenlignet med LPS-sham-eksponerede dyr. I betragtning af at det er blevet foreslået, at den kortikale akustiske tærskel primært styres af styrken af ​​den thalamo-kortikale synapse39,40, kan det mistænkes, at thalamo-kortikal transmission delvist reduceres ved eksponering, enten præsynaptisk (reduceret glutamatfrigivelse) eller postsynaptisk niveau (reduceret receptorantal eller affinitet).
I lighed med virkningerne af GSM-1800 MHz forekom LTE-inducerede ændrede neuronale responser i forbindelse med LPS-udløst neuroinflammation, karakteriseret ved mikrogliale responser. Nuværende beviser tyder på, at mikroglia stærkt påvirker aktiviteten af ​​neuronale netværk i normale og patologiske hjerner41,42,43. Deres evne til at modulere neurotransmission afhænger ikke kun af produktionen af ​​forbindelser, de producerer, som kan eller kan begrænse neurotransmission, men også af den høje motilitet af deres cellulære processer. I hjernebarken udløser både øget og nedsat aktivitet af neuronale netværk hurtig ekspansion af det mikrogliale rumlige domæne på grund af væksten af ​​mikrogliale processer44,45. Især rekrutteres mikrogliale fremspring nær aktiverede thalamokortikale synapser og kan hæmme aktiviteten af ​​excitatoriske synapser gennem mekanismer, der involverer mikroglia-medieret lokal adenosinproduktion.
Hos LPS-behandlede rotter udsat for GSM-1800 MHz med SARACx ved 1,55 W/kg, forekom der nedsat aktivitet af ACx-neuroner med væksten af ​​mikrogliale processer markeret med signifikante Iba1-farvede områder i ACx28-stigning. Denne observation antyder, at mikroglial ombygning udløst af GSM-eksponering aktivt kan bidrage til den GSM-inducerede reduktion i lydfremkaldte neuronale reaktioner. Vores nuværende undersøgelse argumenterer imod denne hypotese i forbindelse med LTE-hovedeksponering med SARACx begrænset til 0,5 W/kg, da vi ikke fandt nogen stigning i det rumlige domæne dækket af mikrogliale processer. Dette udelukker dog ikke nogen effekt af LTE-signalering på LPS-aktiverede mikroglia, hvilket igen kan påvirke neuronal aktivitet. Yderligere undersøgelser er nødvendige for at besvare dette spørgsmål og for at bestemme de mekanismer, hvorved akut neuroinflammation ændrer neuronale reaktioner på LTE-signalering.
Så vidt vi ved, er effekten af ​​LTE-signaler på auditiv bearbejdning ikke blevet undersøgt før. Vores tidligere studier 26, 28 og den nuværende undersøgelse viste, at i tilfælde af akut inflammation resulterede eksponering af hovedet alene for GSM-1800 MHz eller LTE-1800 MHz i funktionelle ændringer i neuronale reaktioner i ACx, som vist ved stigningen i høretærsklen. Af mindst to hovedårsager bør cochlearfunktionen ikke påvirkes af vores LTE-eksponering. For det første, som vist i dosimetriundersøgelsen vist i figur 2, er de højeste niveauer af SAR (tæt på 1 W/kg) placeret i den dorsomediale cortex (under antennen), og de falder væsentligt, når man bevæger sig mere lateralt og lateralt. Den ventrale del af hovedet. Det kan estimeres til at være omkring 0,1 W/kg på niveau med rotteørret (under øregangen). For det andet, da marsvinsører blev eksponeret i 2 måneder ved GSM 900 MHz (5 dage/uge, 1 time/dag, SAR mellem 1 og 4 W/kg), var der var ingen detekterbare ændringer i størrelsen af ​​forvrængningsproduktet (otoakustiske tærskler for emission og auditive hjernestammeresponser) 47. Desuden påvirkede gentagen hovedeksponering for GSM 900 eller 1800 MHz ved en lokal SAR på 2 W/kg ikke funktionen af ​​de ydre hårceller i cochlearen hos raske rotter 48,49. Disse resultater afspejler data opnået hos mennesker, hvor undersøgelser har vist, at 10- til 30-minutters eksponering for EMF fra GSM-mobiltelefoner ikke har nogen ensartet effekt på auditiv bearbejdning vurderet på cochlear-50,51,52- eller hjernestammeniveau 53,54.
I vores undersøgelse blev der observeret LTE-udløste neuronale affyringsændringer in vivo 3 til 6 timer efter eksponeringens afslutning. I en tidligere undersøgelse af den dorsomediale del af cortex var adskillige effekter induceret af GSM-1800 MHz observeret 24 timer efter eksponering ikke længere detekterbare 72 timer efter eksponering. Dette er tilfældet med ekspansion af mikrogliale processer, nedregulering af IL-1ß-genet og posttranslationel modifikation af AMPA-receptorer. I betragtning af at den auditive cortex har en lavere SAR-værdi (0,5 W/kg) end den dorsomediale region (2,94 W/kg26), synes de her rapporterede ændringer i neuronal aktivitet at være forbigående.
Vores data bør tage højde for de kvalificerende SAR-grænser og estimater af de faktiske SAR-værdier, der opnås i hjernebarken hos mobiltelefonbrugere. Nuværende standarder, der anvendes til at beskytte offentligheden, sætter SAR-grænsen til 2 W/kg for lokaliseret eksponering af hoved eller torso for radiofrekvenser i RF-området på 100 kHz og 6 GHz.
Dosissimuleringer er blevet udført ved hjælp af forskellige modeller af menneskehoveder for at bestemme RF-effektabsorption i forskellige væv i hovedet under generel hoved- eller mobiltelefonkommunikation. Ud over mangfoldigheden af ​​modeller af menneskehoveder fremhæver disse simuleringer betydelige forskelle eller usikkerheder i estimering af energi absorberet af hjernen baseret på anatomiske eller histologiske parametre såsom kraniets ydre eller indre form, tykkelse eller vandindhold. Forskellige hovedvæv varierer meget afhængigt af alder, køn eller individuelle 56,57,58. Desuden påvirker mobiltelefonkarakteristika, såsom antennens indre placering og mobiltelefonens position i forhold til brugerens hoved, stærkt niveauet og fordelingen af ​​SAR-værdier i hjernebarken59,60. I betragtning af de rapporterede SAR-fordelinger i den menneskelige hjernebark, som blev etableret fra mobiltelefonmodeller, der udsender radiofrekvenser i 1800 MHz-området58, 59, 60, ser det dog ud til, at de SAR-niveauer, der opnås i den menneskelige auditive cortex, stadig er underanvendt af halvdelen af ​​den menneskelige hjernebark. Vores undersøgelse (SARACx 0,5 W/kg). Derfor udfordrer vores data ikke de nuværende grænser for SAR-værdier, der gælder for offentligheden.
Afslutningsvis viser vores undersøgelse, at en enkelt eksponering for LTE-1800 MHz, kun på hovedet, interfererer med de neuronale reaktioner fra kortikale neuroner på sensoriske stimuli. I overensstemmelse med tidligere karakteriseringer af virkningerne af GSM-signalering tyder vores resultater på, at virkningerne af LTE-signalering på neuronal aktivitet varierer afhængigt af helbredstilstanden. Akut neuroinflammation sensibiliserer neuroner over for LTE-1800 MHz, hvilket resulterer i ændret kortikal bearbejdning af auditive stimuli.
Data blev indsamlet ved 55 dages alderen fra hjernebarken hos 31 voksne hanrotter af typen Wistar, der blev indhentet i Janvier-laboratoriet. Rotter blev opbevaret i et rum med kontrolleret fugtighed (50-55%) og temperatur (22-24 °C) med en lys/mørke-cyklus på 12 timer/12 timer (lys tændt kl. 7:30) med fri adgang til foder og vand. Alle forsøg blev udført i overensstemmelse med retningslinjerne fastsat af Rådet for De Europæiske Fællesskabers direktiv (2010/63/EU-rådets direktiv), som svarer til dem, der er beskrevet i Society for Neuroscience Guidelines for the Use of Animals in Neuroscience Research. Denne protokol blev godkendt af den etiske komité Paris-Sud og Center (CEEA nr. 59, projekt 2014-25, national protokol 03729.02) ved hjælp af procedurer valideret af denne komité 32-2011 og 34-2012.
Dyrene blev vænnet til kolonikamre i mindst 1 uge før LPS-behandling og eksponering (eller simuleret eksponering) for LTE-EMF.
22 rotter blev injiceret intraperitonealt (ip) med E. coli LPS (250 µg/kg, serotype 0127:B8, SIGMA) fortyndet med steril endotoksinfri isotonisk saltvand 24 timer før LTE- eller sham-eksponering (n pr. gruppe). = 11). Hos 2 måneder gamle Wistar-hanrotter producerer denne LPS-behandling en neuroinflammatorisk respons, der er markeret i hjernebarken af ​​adskillige proinflammatoriske gener (tumornekrosefaktor-alfa, interleukin 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) var opreguleret 24 timer efter LPS-injektion, herunder en 4- og 12-fold stigning i niveauerne af transkripter, der koder for henholdsvis NOX2-enzymet og interleukin 1ß. På dette 24-timers tidspunkt udviste kortikale mikroglia den typiske "tætte" cellemorfologi, der forventes ved LPS-udløst proinflammatorisk aktivering af celler (figur 1), hvilket står i kontrast til LPS-udløst aktivering af andre. Cellulær proinflammatorisk aktivering svarer til 24, 61.
Eksponering af hovedet udelukkende for LTE EMF blev udført ved hjælp af den eksperimentelle opsætning, der tidligere blev brugt til at evaluere effekten af ​​GSM EMF26. LTE-eksponering blev udført 24 timer efter LPS-injektion (11 dyr) eller ingen LPS-behandling (5 dyr). Dyrene blev let bedøvet med ketamin/xylazin (ketamin 80 mg/kg, ip; xylazin 10 mg/kg, ip) før eksponering for at forhindre bevægelse og for at sikre, at dyrets hoved var i loopantennen, der udsendte LTE-signalet. Reproducerbar placering nedenfor. Halvdelen af ​​rotterne fra samme bur fungerede som kontrolpersoner (11 simulerede dyr ud af 22 rotter forbehandlet med LPS): de blev placeret under loopantennen, og LTE-signalets energi blev sat til nul. Vægten af ​​eksponerede og simulerede dyr var ens (p = 0,558, uparret t-test, ns). Alle bedøvede dyr blev placeret på en metalfri varmepude for at opretholde deres kropstemperatur omkring 37°C under hele eksponeringen. eksperiment. Som i de tidligere eksperimenter blev eksponeringstiden sat til 2 timer. Efter eksponering placeres dyret på en anden varmepude i operationsstuen. Den samme eksponeringsprocedure blev anvendt på 10 raske rotter (ubehandlede med LPS), hvoraf halvdelen blev simuleret eksponeret fra samme bur (p = 0,694).
Eksponeringssystemet lignede de systemer 25, 62, der er beskrevet i tidligere undersøgelser, hvor radiofrekvensgeneratoren blev udskiftet for at generere LTE i stedet for GSM elektromagnetiske felter. Kort fortalt blev en RF-generator (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Tyskland), der udsender et LTE - 1800 MHz elektromagnetisk felt, forbundet til en effektforstærker (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, USA), en cirkulator (D3 1719-N, Sodhy, Frankrig), en tovejskobler (CD D 1824-2, -30 dB, Sodhy, Frankrig) og en firevejs effektdeler (DC D 0922-4N, Sodhy, Frankrig), hvilket muliggjorde samtidig eksponering af fire dyr. En effektmåler (N1921A, Agilent, USA) forbundet til en tovejskobler tillod kontinuerlig måling og overvågning af indfaldende og reflekteret effekt i enheden. Hver udgang var forbundet til en loopantenne (Sama-Sistemi srl; Roma), hvilket muliggør delvis eksponering af dyrets hoved. Loopantennen består af et trykt kredsløb med to metallinjer (dielektrisk konstant εr = 4,6) indgraveret på et isolerende epoxysubstrat. I den ene ende består enheden af ​​en 1 mm bred tråd, der danner en ring placeret tæt på dyrets hoved. Som i tidligere undersøgelser26,62 blev den specifikke absorptionshastighed (SAR) bestemt numerisk ved hjælp af en numerisk rottemodel og en finite difference time domain (FDTD) metode63,64,65. De blev også bestemt eksperimentelt i en homogen rottemodel ved hjælp af Luxtron-sonder til at måle temperaturstigning. I dette tilfælde beregnes SAR i W/kg ved hjælp af formlen: SAR = C ΔT/Δt, hvor C er varmekapaciteten i J/(kg K), ΔT i °K og Δt Temperaturændring, tid i sekunder. De numerisk bestemte SAR-værdier blev sammenlignet med eksperimentelle SAR-værdier opnået ved hjælp af en homogen model, især i ækvivalente rottehjerneområder. Forskellen mellem de numeriske SAR-målinger og de eksperimentelt detekterede SAR-værdier er mindre end 30%.
Figur 2a viser SAR-fordelingen i rottehjernen i rottemodellen, hvilket matcher fordelingen med hensyn til kropsvægt og størrelse hos de rotter, der blev brugt i vores undersøgelse. Hjernens gennemsnitlige SAR var 0,37 ± 0,23 W/kg (gennemsnit ± SD). SAR-værdierne er højest i det kortikale område lige under loopantennen. Den lokale SAR i ACx (SARACx) var 0,50 ± 0,08 W/kg (gennemsnit ± SD) (fig. 2b). Da kropsvægten hos eksponerede rotter er homogen, og forskellene i hovedvævets tykkelse er ubetydelige, forventes den faktiske SAR for ACx eller andre kortikale områder at være meget ens mellem et eksponeret dyr og et andet.
Ved afslutningen af ​​eksponeringen blev dyrene suppleret med yderligere doser ketamin (20 mg/kg, ip) og xylazin (4 mg/kg, ip), indtil der ikke observeredes refleksbevægelser efter at have klemt bagpoten. Et lokalbedøvelsesmiddel (Xylocain 2%) blev injiceret subkutant i huden og temporalis-musklen over kraniet, og dyrene blev placeret på et metalfrit varmesystem. Efter at dyret var placeret i den stereotaksiske ramme, blev der udført en kraniotomi over venstre temporale cortex. Som i vores tidligere undersøgelse66, startende fra krydset mellem parietal- og temporalknoglerne, var åbningen 9 mm bred og 5 mm høj. Duraen over ACx blev forsigtigt fjernet under binokulær kontrol uden at beskadige blodkarrene. Ved afslutningen af ​​proceduren blev der konstrueret en base i dental akrylcement til atraumatisk fiksering af dyrets hoved under optagelsen. Placer den stereotaksiske ramme, der understøtter dyret, i et akustisk dæmpningskammer (IAC, model AC1).
Data blev opnået fra multi-unit-optagelser i den primære auditive cortex hos 20 rotter, inklusive 10 dyr forbehandlet med LPS. Ekstracellulære optagelser blev opnået fra en række af 16 wolframelektroder (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) bestående af to rækker af 8 elektroder anbragt 1000 µm fra hinanden (350 µm mellem elektroderne i samme række). En sølvtråd (ø: 300 µm) til jordforbindelse blev indsat mellem temporalbenet og den kontralaterale dura. Den estimerede placering af den primære ACx er 4-7 mm posteriort for bregma og 3 mm ventralt for den supratemporale sutur. Det rå signal blev forstærket 10.000 gange (TDT Medusa) og derefter behandlet af et multikanal dataopsamlingssystem (RX5, TDT). Signaler indsamlet fra hver elektrode blev filtreret (610-10.000 Hz) for at udtrække multi-unit-aktivitet (MUA). Triggerniveauer blev omhyggeligt indstillet for hver elektrode (af medforfattere blindet for eksponerede eller simuleret eksponerede tilstande) for at vælge det største aktionspotentiale fra signalet. Online og offline inspektion af bølgeformerne viste, at den MUA, der blev indsamlet her, bestod af aktionspotentialer genereret af 3 til 6 neuroner nær elektroderne. I begyndelsen af ​​hvert eksperiment indstillede vi positionen af ​​elektrodeopstillingen, så to rækker med otte elektroder kunne sample neuroner, fra lavfrekvente til højfrekvente responser, når de blev udført i rostral orientering.
Akustiske stimuli blev genereret i Matlab, transmitteret til et RP2.1-baseret lydleveringssystem (TDT) og sendt til en Fostex-højttaler (FE87E). Højttaleren blev placeret 2 cm fra rottens højre øre, i hvilken afstand højttaleren producerede et fladt frekvensspektrum (± 3 dB) mellem 140 Hz og 36 kHz. Højttalerkalibrering blev udført ved hjælp af støj og rene toner optaget med en Bruel og Kjær-mikrofon 4133 koblet til en forforstærker B&K 2169 og digital optager Marantz PMD671. Det spektrale tidsreceptive felt (STRF) blev bestemt ved hjælp af 97 gammatonefrekvenser, der dækkede 8 (0,14-36 kHz) oktaver, præsenteret i tilfældig rækkefølge ved 75 dB SPL ved 4,15 Hz. Frekvensresponsområdet (FRA) bestemmes ved hjælp af det samme sæt toner og præsenteres i tilfældig rækkefølge ved 2 Hz fra 75 til 5 dB SPL. Hver frekvens præsenteres otte gange ved hver intensitet.
Reaktioner på naturlige stimuli blev også vurderet. I tidligere undersøgelser observerede vi, at rottevokaliseringer sjældent fremkaldte stærke responser i ACx, uanset den neuronale optimale frekvens (BF), hvorimod xenograftspecifikke (f.eks. sangfugle- eller marsvinevokaliseringer) typisk dækker hele tonekortet. Derfor testede vi kortikale responser på vokaliseringer hos marsvin (fløjten, der blev brugt i 36 tilfælde, var forbundet med 1 sekunds stimuli, præsenteret 25 gange).

Vi kan også tilpasse de passive rf-komponenter efter dine behov. Du kan gå ind på tilpasningssiden for at angive de specifikationer, du har brug for.
https://www.keenlion.com/customization/

Emaili:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com