Nyheter

Takk for at du besøker Nature.com. Nettleserversjonen du bruker har begrenset støtte for CSS. For best mulig opplevelse anbefaler vi at du bruker en oppdatert nettleser (eller slår av kompatibilitetsmodus i Internet Explorer). I mellomtiden, for å sikre fortsatt støtte, vil vi vise nettstedet uten stiler og JavaScript.
Den stadig økende etterspørselen etter mobilkommunikasjon har ført til den kontinuerlige fremveksten av trådløse teknologier (G), som kan ha ulik innvirkning på biologiske systemer. For å teste dette utsatte vi rotter for en enkelt hodeeksponering til et 4G langsiktig evolusjon (LTE)-1800 MHz elektromagnetisk felt (EMF) i 2 timer. Vi vurderte deretter effekten av lipopolysakkaridindusert akutt nevroinflammasjon på mikroglias romlige dekning og elektrofysiologisk nevronaktivitet i den primære auditive cortex (ACx). Gjennomsnittlig SAR i ACx er 0,5 W/kg. Flerenhetsopptak viser at LTE-EMF utløser en reduksjon i intensiteten av responsen på rene toner og naturlige vokaliseringer, mens en økning i den akustiske terskelen for lave og mellomtonefrekvenser. Iba1 immunhistokjemi viste ingen endringer i området dekket av mikrogliale legemer og prosesser. Hos friske rotter induserte ikke den samme LTE-eksponeringen endringer i responsintensitet og akustiske terskler. Våre data viser at akutt nevroinflammasjon sensibiliserer nevroner for LTE-EMF, noe som resulterer i endret prosessering av akustisk stimuli i ACx.
Menneskehetens elektromagnetiske miljø har endret seg dramatisk de siste tre tiårene på grunn av den kontinuerlige utvidelsen av trådløs kommunikasjon. For tiden regnes mer enn to tredjedeler av befolkningen som mobiltelefonbrukere (MP). Den store spredningen av denne teknologien har skapt bekymring og debatt om de potensielt farlige effektene av pulserende elektromagnetiske felt (EMF) i radiofrekvensområdet (RF), som sendes ut av MP-er eller basestasjoner og koder kommunikasjon. Dette folkehelseproblemet har inspirert en rekke eksperimentelle studier viet til å undersøke effektene av radiofrekvensabsorpsjon i biologisk vev1. Noen av disse studiene har sett etter endringer i nevronnettverksaktivitet og kognitive prosesser, gitt hjernens nærhet til RF-kilder under den gjennomgripende bruken av MP. Mange rapporterte studier tar for seg effektene av pulsmodulerte signaler som brukes i andre generasjons (2G) globale system for mobilkommunikasjon (GSM) eller bredbåndskodedelt multippeltilgang (WCDMA)/tredje generasjons universelle mobile telekommunikasjonssystemer (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Lite er kjent om effektene av radiofrekvenssignaler som brukes i fjerde generasjons (4G) mobiltjenester, som er avhengige av en heldigital Internettprotokollteknologi kalt Long Term Evolution (LTE)-teknologi. LTE-håndsetttjenesten ble lansert i 2011 og forventes å nå 6,6 milliarder globale LTE-abonnenter i januar 2022 (GSMA: //gsacom.com). Sammenlignet med GSM (2G) og WCDMA (3G)-systemer basert på modulasjonsordninger med én bærer, bruker LTE Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) som grunnleggende signalformat. På verdensbasis bruker LTE-mobiltjenester en rekke forskjellige frekvensbånd mellom 450 og 3700 MHz, inkludert 900- og 1800 MHz-båndene som også brukes i GSM.
Evnen til RF-eksponering til å påvirke biologiske prosesser bestemmes i stor grad av den spesifikke absorpsjonsraten (SAR) uttrykt i W/kg, som måler energien som absorberes i biologisk vev. Effektene av akutt 30-minutters hodeeksponering for 2,573 GHz LTE-signaler på global nevronal nettverksaktivitet ble nylig undersøkt hos friske frivillige. Ved bruk av fMRI i hviletilstand ble det observert at LTE-eksponering kan indusere spontane langsomme frekvensfluktuasjoner og endringer i intra- eller interregional konnektivitet, mens romlige topp SAR-nivåer i gjennomsnitt over 10 g vev ble estimert til å variere mellom 0,42 og 1,52 W/kg, i henhold til emne 7, 8, 9. EEG-analyse under lignende eksponeringsforhold (30 minutters varighet, estimert topp SAR-nivå på 1,34 W/kg ved bruk av en representativ menneskelig hodemodell) viste redusert spektralkraft og hemisfærisk koherens i alfa- og betabåndene. Imidlertid fant to andre studier basert på EEG-analyse at 20 eller 30 minutter med LTE-hodeeksponering, med maksimale lokale SAR-nivåer satt til rundt 2 W/kg, enten hadde noen detekterbar effekt11 eller resulterte i redusert spektralkraft i alfabåndet, mens kognisjon ikke endret seg i funksjon vurdert med Stroop-testen12. Signifikante forskjeller ble også funnet i resultatene av EEG- eller kognitive studier som spesifikt så på effektene av GSM- eller UMTS-EMF-eksponering. De antas å oppstå fra variasjoner i metodedesign og eksperimentelle parametere, inkludert signaltype og modulering, eksponeringsintensitet og varighet, eller fra heterogenitet hos mennesker med hensyn til alder, anatomi eller kjønn.
Så langt har få dyrestudier blitt brukt til å bestemme hvordan eksponering for LTE-signalering påvirker hjernefunksjonen. Det har nylig blitt rapportert at systemisk eksponering av mus i utvikling fra sent embryonalt stadium til avvenning (30 min/dag, 5 dager/uke, med en gjennomsnittlig helkropps-SAR på 0,5 eller 1 W/kg) resulterte i endret motorisk og appetittmessig atferd i voksen alder 14. Gjentatt systemisk eksponering (2 ha per dag i 6 uker) hos voksne rotter ble funnet å indusere oksidativt stress og redusere amplituden av visuelle fremkalte potensialer oppnådd fra synsnerven, med en maksimal SAR estimert til å være så lav som 10 mW/kg 15.
I tillegg til analyser på flere skalaer, inkludert celle- og molekylærnivå, kan gnagermodeller brukes til å studere effektene av RF-eksponering under sykdom, slik det tidligere har vært fokusert på GSM- eller WCDMA/3G UMTS-EMF i sammenheng med akutt nevroinflammasjon. Studier har vist effektene av anfall, nevrodegenerative sykdommer eller gliomer 16,17,18,19,20.
Gnagere injisert med lipopolysakkarid (LPS) er en klassisk preklinisk modell av akutte nevroinflammatoriske responser assosiert med godartede infeksjonssykdommer forårsaket av virus eller bakterier som rammer majoriteten av befolkningen hvert år. Denne inflammatoriske tilstanden fører til en reversibel sykdom og depressivt atferdssyndrom karakterisert av feber, tap av appetitt og redusert sosial interaksjon. Residente CNS-fagocytter som mikroglia er viktige effektorceller i denne nevroinflammatoriske responsen. Behandling av gnagere med LPS utløser aktivering av mikroglia karakterisert ved ombygging av deres form og cellulære prosesser og dyptgripende endringer i transkriptomprofilen, inkludert oppregulering av gener som koder for proinflammatoriske cytokiner eller enzymer, som påvirker nevrale nettverk. Aktiviteter 22, 23, 24.
Ved å studere effektene av en enkelt 2-timers hodeeksponering for GSM-1800 MHz EMF hos LPS-behandlede rotter, fant vi at GSM-signalering utløser cellulære responser i hjernebarken, som påvirker genuttrykk, glutamatreseptorfosforylering, neuronal meta-fremkalt avfyring og morfologien til mikroglia i hjernebarken. Disse effektene ble ikke oppdaget hos friske rotter som fikk samme GSM-eksponering, noe som tyder på at den LPS-utløste nevroinflammatoriske tilstanden sensibiliserer CNS-celler for GSM-signalering. Med fokus på den auditive cortex (ACx) hos LPS-behandlede rotter, hvor den lokale SAR var i gjennomsnitt 1,55 W/kg, observerte vi at GSM-eksponering resulterte i en økning i lengden eller forgreningen av mikrogliale prosesser og en reduksjon i neuronale responser fremkalt av rene toner og. Naturlig stimulering 28.
I den nåværende studien hadde vi som mål å undersøke om eksponering kun for LTE-1800 MHz-signaler også kunne endre mikroglial morfologi og neuronal aktivitet i ACx, og dermed redusere eksponeringsstyrken med to tredjedeler. Vi viser her at LTE-signalering ikke hadde noen effekt på mikrogliale prosesser, men likevel utløste en signifikant reduksjon i lydfremkalt kortikal aktivitet i ACx hos LPS-behandlede rotter med en SAR-verdi på 0,5 W/kg.
Gitt tidligere bevis på at eksponering for GSM-1800 MHz endret mikroglial morfologi under proinflammatoriske forhold, undersøkte vi denne effekten etter eksponering for LTE-signalering.
Voksne rotter ble injisert med LPS 24 timer før simulert eksponering av hodet eller eksponering for LTE-1800 MHz. Ved eksponering ble LPS-utløste nevroinflammatoriske responser etablert i hjernebarken, som vist ved oppregulering av proinflammatoriske gener og endringer i kortikale mikroglia-morfologi (figur 1). Effekten eksponert av LTE-hodet ble satt til å oppnå et gjennomsnittlig SAR-nivå på 0,5 W/kg i ACx (figur 2). For å avgjøre om LPS-aktiverte mikroglia responderte på LTE EMF, analyserte vi kortikale seksjoner farget med anti-Iba1 som selektivt merket disse cellene. Som vist i figur 3a, så mikroglia bemerkelsesverdig like ut i ACx-seksjoner fiksert 3 til 4 timer etter simulert eller LTE-eksponering, og viste en "tetthetslignende" cellemorfologi fremkalt av LPS proinflammatorisk behandling (figur 1). I samsvar med fraværet av morfologiske responser, viste kvantitativ bildeanalyse ingen signifikante forskjeller i totalt areal (uparet t-test, p = 0,308) eller areal (p = 0,196) og tetthet. (p = 0,061) av Iba1-immunreaktivitet ved sammenligning av eksponering for Iba 1-fargede cellelegemer hos LTE-rotter kontra simulert eksponerte dyr (fig. 3b-d).
Effekter av LPS ip-injeksjon på kortikale mikroglia-morfologi. Representativ visning av mikroglia i en koronal seksjon av hjernebarken (dorsomedial region) 24 timer etter intraperitoneal injeksjon av LPS eller vehikkel (kontroll). Cellene ble farget med anti-Iba1-antistoff som tidligere beskrevet. LPS proinflammatorisk behandling resulterte i endringer i mikroglia-morfologi, inkludert proksimal fortykkelse og økte korte sekundære grener av cellulære prosesser, noe som resulterte i et "tettlignende" utseende. Skala: 20 µm.
Dosimetrisk analyse av spesifikk absorpsjonsrate (SAR) i rottehjerne under eksponering for 1800 MHz LTE. En tidligere beskrevet heterogen modell av fantomrotte og sløyfeantenne62 ble brukt til å vurdere lokal SAR i hjernen, med et 0,5 mm3 kubisk rutenett. (a) Globalt bilde av en rottemodell i en eksponeringssetting med en sløyfeantenne over hodet og en metallisk termisk pute (gul) under kroppen. (b) Fordeling av SAR-verdier i den voksne hjernen ved 0,5 mm3 romlig oppløsning. Området avgrenset av den svarte omrisset i sagittalsnittet tilsvarer den primære auditive cortex hvor mikroglial og neuronal aktivitet analyseres. Den fargekodede skalaen for SAR-verdier gjelder for alle numeriske simuleringer vist i figuren.
LPS-injiserte mikroglia i rotteauditiv cortex etter LTE- eller simulert eksponering. (a) Representativ stablet visning av mikroglia farget med anti-Iba1-antistoff i koronale seksjoner av LPS-perfusert rotteauditiv cortex 3 til 4 timer etter simulert eller LTE-eksponering (eksponering). Skala: 20 µm. (bd) Morfometrisk vurdering av mikroglia 3 til 4 timer etter simulert eksponering (åpne prikker) eller LTE-eksponering (eksponerte, svarte prikker). (b, c) Romlig dekning (b) av mikrogliamarkøren Iba1 og områder med Iba1-positive cellekropper (c). Data representerer anti-Iba1-fargingsområdet normalisert til gjennomsnittet fra simulert eksponerte dyr. (d) Antall anti-Iba1-fargede mikrogliacellekropper. Forskjeller mellom simulert (n = 5) og LTE (n = 6) dyr var ikke signifikante (p > 0,05, uparret t-test). Øverst og nederst i boksen, de øvre og nedre linjene representerer det 25.-75. persentilen og henholdsvis 5.–95. persentilen. Gjennomsnittsverdien er markert med rødt i boksen.
Tabell 1 oppsummerer dyretall og flerenhetsopptak innhentet i den primære auditive cortexen til fire grupper med rotter (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS). I resultatene nedenfor inkluderer vi alle opptak som viser et signifikant spektral temporalt reseptivt felt (STRF), dvs. tonefremkalte responser minst 6 standardavvik høyere enn spontane avfyringsrater (se tabell 1). Ved å bruke dette kriteriet valgte vi 266 poster for Sham-gruppen, 273 poster for Exposed-gruppen, 299 poster for Sham-LPS-gruppen og 295 poster for Exposed-LPS-gruppen.
I de følgende avsnittene vil vi først beskrive parametrene som er hentet fra det spektral-temporale reseptive feltet (det vil si responsen på rene toner) og responsen på xenogene spesifikke vokaliseringer. Deretter vil vi beskrive kvantifiseringen av frekvensresponsområdet som er oppnådd for hver gruppe. Med tanke på tilstedeværelsen av "nestede data"30 i vår eksperimentelle design, ble alle statistiske analyser utført basert på antall posisjoner i elektrodematrisen (siste rad i tabell 1), men alle effekter beskrevet nedenfor var også basert på antall posisjoner i hver gruppe. Totalt antall flerenhetsopptak samlet inn (tredje rad i tabell 1).
Figur 4a viser den optimale frekvensfordelingen (BF, som fremkaller maksimal respons ved 75 dB SPL) for kortikale nevroner oppnådd i LPS-behandlede Sham- og eksponerte dyr. Frekvensområdet for BF i begge gruppene ble utvidet fra 1 kHz til 36 kHz. Statistisk analyse viste at disse fordelingene var like (kji-kvadrat, p = 0,278), noe som tyder på at sammenligninger mellom de to gruppene kunne gjøres uten samplingsskjevhet.
Effekter av LTE-eksponering på kvantifiserte parametere for kortikale responser hos LPS-behandlede dyr. (a) BF-fordeling i kortikale nevroner hos LPS-behandlede dyr eksponert for LTE (svart) og simulert eksponert for LTE (hvit). Det er ingen forskjell mellom de to fordelingene. (bf) Effekten av LTE-eksponering på parametere som kvantifiserer det spektrale temporale reseptive feltet (STRF). Responsstyrken ble signifikant redusert (*p < 0,05, uparret t-test) på tvers av både STRF (total responsstyrke) og optimale frekvenser (b, c). Responsvarighet, responsbåndbredde og båndbreddekonstant (df). Både styrken og den tidsmessige påliteligheten til responser på vokaliseringer ble redusert (g, h). Spontan aktivitet ble ikke signifikant redusert (i). (*p < 0,05, uparret t-test). (j, k) Effekter av LTE-eksponering på kortikale terskler. Gjennomsnittlige terskler var signifikant høyere hos LTE-eksponerte rotter sammenlignet med simulert eksponerte rotter. Denne effekten er mer uttalt i de lave og middels høye frekvensene. frekvenser.
Figur 4b-f viser fordelingen av parametere utledet fra STRF for disse dyrene (gjennomsnitt angitt med røde linjer). Effektene av LTE-eksponering på LPS-behandlede dyr så ut til å indikere redusert neuronal eksitabilitet. For det første var den generelle responsintensiteten og responsene betydelig lavere i BF sammenlignet med Sham-LPS-dyr (fig. 4b,c uparret t-test, p = 0,0017; og p = 0,0445). På samme måte reduserte responsene på kommunikasjonslyder både i responsstyrke og reliabilitet mellom forsøk (fig. 4g,h; uparret t-test, p = 0,043). Spontan aktivitet ble redusert, men denne effekten var ikke signifikant (fig. 4i; p = 0,0745). Responsvarighet, innstillingsbåndbredde og responslatens ble ikke påvirket av LTE-eksponering hos LPS-behandlede dyr (fig. 4d-f), noe som indikerer at frekvensselektivitet og presisjon av startresponser ikke ble påvirket av LTE-eksponering hos LPS-behandlede dyr.
Vi vurderte deretter om terskler for ren tone i kortikale områder ble endret av LTE-eksponering. Fra frekvensresponsområdet (FRA) hentet fra hvert opptak, bestemte vi auditive terskler for hver frekvens og beregnet gjennomsnittet av disse tersklene for begge dyregruppene. Figur 4j viser gjennomsnittlige (± sem) terskler fra 1,1 til 36 kHz hos LPS-behandlede rotter. Sammenligning av auditive terskler for de simulerte og eksponerte gruppene viste en betydelig økning i terskler hos eksponerte dyr sammenlignet med simulerte dyr (figur 4j), en effekt som var mer uttalt i lave og middels frekvenser. Mer presist, ved lave frekvenser (< 2,25 kHz), økte andelen A1-nevroner med høy terskel, mens andelen nevroner med lav og middels terskel minket (kji-kvadrat = 43,85; p < 0,0001; figur 4k, venstre figur). Den samme effekten ble sett ved middels frekvens (2,25 < Freq(kHz) < 11): en høyere andel kortikale opptak med mellomliggende terskler og en mindre andel nevroner med lave terskler sammenlignet med den ueksponerte gruppen (Chi-kvadrat = 71,17; p < 0,001; figur 4k, midtre panel). Det var også en signifikant forskjell i terskel for høyfrekvente nevroner (≥ 11 kHz, p = 0,0059); andelen nevroner med lav terskel minket og andelen nevroner med middels høy terskel økte (chi-kvadrat = 10,853; p = 0,04 figur 4k, høyre panel).
Figur 5a viser den optimale frekvensfordelingen (BF, som fremkaller maksimal respons ved 75 dB SPL) av kortikale nevroner oppnådd hos friske dyr for gruppene med simulert og eksponert respons. Statistisk analyse viste at de to fordelingene var like (kji-kvadrat, p = 0,157), noe som tyder på at sammenligninger mellom de to gruppene kunne gjøres uten utvalgsskjevhet.
Effekter av LTE-eksponering på kvantifiserte parametere for kortikale responser hos friske dyr. (a) BF-fordeling i kortikale nevroner hos friske dyr eksponert for LTE (mørkeblå) og simulert eksponert for LTE (lyseblå). Det er ingen forskjell mellom de to fordelingene. (bf) Effekten av LTE-eksponering på parametere som kvantifiserer det spektrale temporale reseptive feltet (STRF). Det var ingen signifikant endring i responsintensiteten over STRF og optimale frekvenser (b, c). Det er en liten økning i responsvarighet (d), men ingen endring i responsbåndbredde og båndbredde (e, f). Verken styrken eller den tidsmessige påliteligheten til responsene på vokaliseringer endret seg (g, h). Det var ingen signifikant endring i spontan aktivitet (i). (*p < 0,05 uparret t-test). (j, k) Effekter av LTE-eksponering på kortikale terskler. I gjennomsnitt var ikke terskler signifikant endret hos LTE-eksponerte rotter sammenlignet med simulert eksponerte rotter, men høyere frekvensterskler var litt lavere hos eksponerte dyr.
Figur 5b-f viser boksplott som representerer fordelingen og gjennomsnittet (rød linje) av parametere utledet fra de to settene med STRF-er. Hos friske dyr hadde LTE-eksponering i seg selv liten effekt på gjennomsnittsverdien av STRF-parametrene. Sammenlignet med Sham-gruppen (lyse vs. mørkeblå bokser for den eksponerte gruppen), endret ikke LTE-eksponering verken den totale responsintensiteten eller responsen til BF (fig. 5b, c; uparret t-test, henholdsvis p = 0,2176 og p = 0,8696). Det var heller ingen effekt på spektral båndbredde og latens (henholdsvis p = 0,6764 og p = 0,7129), men det var en signifikant økning i responsvarighet (p = 0,047). Det var heller ingen effekt på styrken til vokaliseringsresponser (fig. 5g, p = 0,4375), reliabiliteten til disse responsene mellom forsøkene (fig. 5h, p = 0,3412) og spontan aktivitet (fig. 5).5i; p = 0,3256).
Figur 5j viser gjennomsnittlige (± sem) terskler fra 1,1 til 36 kHz hos friske rotter. Den viste ingen signifikant forskjell mellom simulerte og eksponerte rotter, bortsett fra en litt lavere terskel hos eksponerte dyr ved høye frekvenser (11–36 kHz) (uparet t-test, p = 0,0083). Denne effekten gjenspeiler det faktum at hos eksponerte dyr, i dette frekvensområdet (kji-kvadrat = 18,312, p = 0,001; fig. 5k), var det litt flere nevroner med lave og middels terskler (mens høye terskler var færre nevroner).
Konklusjonen er at når friske dyr ble eksponert for LTE, var det ingen effekt på responsstyrken på rene toner og komplekse lyder som vokaliseringer. Videre var kortikale hørselsterskler hos friske dyr like mellom eksponerte og simulerte dyr, mens hos LPS-behandlede dyr resulterte LTE-eksponering i en betydelig økning i kortikale terskler, spesielt i lav- og mellomfrekvensområdet.
Studien vår viste at eksponering for LTE-1800 MHz med en lokal SARACx på 0,5 W/kg (se Metoder) hos voksne hannrotter som opplevde akutt nevroinflammasjon, resulterte i en betydelig reduksjon i intensiteten av lydfremkalte responser i primære kommunikasjonsopptak. Disse endringene i nevronaktivitet skjedde uten noen åpenbar endring i omfanget av det romlige domenet dekket av mikrogliale prosesser. Denne effekten av LTE på intensiteten av kortikale fremkalte responser ble ikke observert hos friske rotter. Med tanke på likheten i optimal frekvensfordeling mellom opptaksenheter hos LTE-eksponerte og simulert eksponerte dyr, kan forskjellene i nevronreaktivitet tilskrives biologiske effekter av LTE-signaler snarere enn samplingsskjevhet (fig. 4a). Videre antyder fraværet av endringer i responslatens og spektral tuningbåndbredde hos LTE-eksponerte rotter at disse opptakene mest sannsynlig ble samplet fra de samme kortikale lagene, som er lokalisert i den primære ACx snarere enn sekundære regioner.
Så vidt vi vet, har effekten av LTE-signalering på nevrale responser ikke blitt rapportert tidligere. Tidligere studier har imidlertid dokumentert evnen til GSM-1800 MHz eller 1800 MHz kontinuerlig bølge (CW) til å endre nevral eksitabilitet, om enn med betydelige forskjeller avhengig av den eksperimentelle tilnærmingen. Kort tid etter eksponering for 1800 MHz CW ved et SAR-nivå på 8,2 W/kg, viste opptak fra snegleganglier reduserte terskler for å utløse aksjonspotensialer og nevral modulering. På den annen side ble spiking- og bursting-aktivitet i primære nevronale kulturer avledet fra rottehjerne redusert ved eksponering for GSM-1800 MHz eller 1800 MHz CW i 15 minutter ved en SAR på 4,6 W/kg. Denne hemmingen var bare delvis reversibel innen 30 minutter etter eksponering. Fullstendig siling av nevroner ble oppnådd ved en SAR på 9,2 W/kg. Dose-responsanalyse viste at GSM-1800 MHz var mer effektivt enn 1800 MHz CW i å undertrykke burst-aktivitet, noe som tyder på at nevronale responser avhenger av RF-signalmodulasjon.
I vår setting ble kortikale fremkalte responser samlet in vivo 3 til 6 timer etter at den 2 timer lange eksponeringen kun for hodet var avsluttet. I en tidligere studie undersøkte vi effekten av GSM-1800 MHz ved SARACx på 1,55 W/kg og fant ingen signifikant effekt på lydfremkalte kortikale responser hos friske rotter. Her var den eneste signifikante effekten fremkalt hos friske rotter ved eksponering for LTE-1800 ved 0,5 W/kg SARACx en liten økning i varigheten av responsen ved presentasjon av rene toner. Denne effekten er vanskelig å forklare fordi den ikke er ledsaget av en økning i responsintensitet, noe som tyder på at denne lengre responsvarigheten oppstår med samme totale antall aksjonspotensialer avfyrt av kortikale nevroner. En forklaring kan være at LTE-eksponering kan redusere aktiviteten til noen hemmende internevroner, da det er dokumentert at i primær ACx kontrollerer feedforward-hemming varigheten av pyramideformede celleresponser utløst av eksitatorisk thalamisk input33,34, 35, 36, 37.
I motsetning til dette hadde LTE-eksponering ingen effekt på varigheten av lydfremkalt nevronal avfyring hos rotter utsatt for LPS-utløst nevroinflammasjon, men signifikante effekter ble observert på styrken til de fremkalte responsene. Faktisk, sammenlignet med nevronale responser registrert hos LPS-skameksponerte rotter, viste nevroner hos LPS-behandlede rotter eksponert for LTE en reduksjon i intensiteten av responsene sine, en effekt observert både ved presentasjon av rene toner og naturlige vokaliseringer. Reduksjonen i intensiteten av responsen på rene toner skjedde uten en innsnevring av den spektrale tuningbåndbredden på 75 dB, og siden det skjedde ved alle lydintensiteter, resulterte det i en økning i de akustiske terskelverdiene til kortikale nevroner ved lave og middels frekvenser.
Reduksjonen i fremkalt responsstyrke indikerte at effekten av LTE-signalering ved SARACx på 0,5 W/kg hos LPS-behandlede dyr var lik den for GSM-1800 MHz brukt ved tre ganger høyere SARACx (1,55 W/kg) 28. Når det gjelder GSM-signalering, kan hodeeksponering for LTE-1800 MHz redusere neuronal eksitabilitet i rotte-ACx-nevroner utsatt for LPS-utløst nevroinflammasjon. I tråd med denne hypotesen observerte vi også en trend mot redusert reliabilitet av neuronale responser på vokalisering i forsøket (fig. 4h) og redusert spontan aktivitet (fig. 4i). Det har imidlertid vært vanskelig å avgjøre in vivo om LTE-signalering reduserer neuronal intrinsisk eksitabilitet eller reduserer synaptisk input, og dermed kontrollerer neuronale responser i ACx.
For det første kan disse svakere responsene skyldes den iboende reduserte eksitabiliteten til kortikale celler etter eksponering for LTE 1800 MHz. For å støtte denne ideen reduserte GSM-1800 MHz og 1800 MHz-CW burst-aktiviteten når de ble påført direkte på primærkulturer av kortikale rotteneuroner med SAR-nivåer på henholdsvis 3,2 W/kg og 4,6 W/kg, men et terskelnivå for SAR var nødvendig for å redusere burst-aktiviteten betydelig. Vi argumenterte for redusert iboende eksitabilitet og observerte også lavere forekomst av spontan avfyring hos eksponerte dyr enn hos simulert eksponerte dyr.
For det andre kan LTE-eksponering også påvirke synaptisk overføring fra thalamokortikale eller kortikal-kortikale synapser. Tallrike registre viser nå at bredden av spektral tuning i den auditive cortex ikke utelukkende bestemmes av afferente thalamusprojeksjoner, men at intrakortikale forbindelser gir ytterligere spektral input til kortikale steder39,40. I våre eksperimenter antydet det faktum at kortikal STRF viste lignende båndbredder hos eksponerte og simulert eksponerte dyr indirekte at effektene av LTE-eksponering ikke var effekter på kortikal-kortikal konnektivitet. Dette antyder også at høyere konnektivitet i andre kortikale regioner eksponert ved SAR enn målt i ACx (fig. 2) kanskje ikke er ansvarlig for de endrede responsene som er rapportert her.
Her viste en større andel av LPS-eksponerte kortikale opptak høye terskler sammenlignet med LPS-sham-eksponerte dyr. Gitt at det har blitt foreslått at den kortikale akustiske terskelen primært kontrolleres av styrken til den thalamokortikale synapsen39,40, kan det mistenkes at thalamokortikal transmisjon delvis reduseres ved eksponering, enten presynaptisk (redusert glutamatfrigjøring) eller postsynaptisk nivå (redusert reseptorantall eller affinitet).
I likhet med effektene av GSM-1800 MHz, oppsto LTE-induserte endrede nevrale responser i sammenheng med LPS-utløst nevroinflammasjon, karakterisert av mikrogliale responser. Nåværende bevis tyder på at mikroglia sterkt påvirker aktiviteten til nevrale nettverk i normale og patologiske hjerner41,42,43. Deres evne til å modulere nevrotransmisjon avhenger ikke bare av produksjonen av forbindelser de produserer som kan eller kan begrense nevrotransmisjon, men også av den høye motiliteten til deres cellulære prosesser. I hjernebarken utløser både økt og redusert aktivitet i nevrale nettverk rask utvidelse av det mikrogliale romlige domenet på grunn av veksten av mikrogliale prosesser44,45. Spesielt rekrutteres mikrogliale fremspring nær aktiverte thalamokortikale synapser og kan hemme aktiviteten til eksitatoriske synapser gjennom mekanismer som involverer mikroglia-mediert lokal adenosinproduksjon.
Hos LPS-behandlede rotter utsatt for GSM-1800 MHz med SARACx ved 1,55 W/kg, oppsto redusert aktivitet av ACx-nevroner med veksten av mikrogliale prosesser markert av signifikante Iba1-fargede områder i ACx28-økning. Denne observasjonen antyder at mikroglial ombygging utløst av GSM-eksponering aktivt kan bidra til den GSM-induserte reduksjonen i lydfremkalte nevrale responser. Vår nåværende studie argumenterer mot denne hypotesen i sammenheng med LTE-hodeeksponering med SARACx begrenset til 0,5 W/kg, da vi ikke fant noen økning i det romlige domenet dekket av mikrogliale prosesser. Dette utelukker imidlertid ikke noen effekt av LTE-signalering på LPS-aktiverte mikroglia, som igjen kan påvirke nevronal aktivitet. Ytterligere studier er nødvendige for å svare på dette spørsmålet og for å bestemme mekanismene der akutt nevroinflammasjon endrer nevronale responser på LTE-signalering.
Så vidt vi vet, har effekten av LTE-signaler på auditiv prosessering ikke blitt studert tidligere. Våre tidligere studier 26, 28 og den nåværende studien viste at ved akutt betennelse resulterte eksponering av hodet alene for GSM-1800 MHz eller LTE-1800 MHz i funksjonelle endringer i nevrale responser i ACx, som vist ved økningen i hørselsterskelen. Av minst to hovedgrunner bør ikke cochlea-funksjonen påvirkes av vår LTE-eksponering. For det første, som vist i dosimetristudien vist i figur 2, er de høyeste nivåene av SAR (nær 1 W/kg) lokalisert i dorsomedial cortex (under antennen), og de avtar betydelig når man beveger seg mer lateralt og lateralt. Den ventrale delen av hodet. Det kan anslås å være omtrent 0,1 W/kg på nivået av rotteørret (under øregangen). For det andre, da marsvinører ble eksponert i 2 måneder ved GSM 900 MHz (5 dager/uke, 1 time/dag, SAR mellom 1 og 4 W/kg), var det var ingen påviselige endringer i størrelsen på forvrengningsproduktet (otoakustiske terskler for emisjon og auditiv hjernestammerespons) 47. Videre påvirket ikke gjentatt hodeeksponering for GSM 900 eller 1800 MHz ved en lokal SAR på 2 W/kg funksjonen til de ytre hårcellene i cochlea hos friske rotter 48,49. Disse resultatene gjenspeiler data oppnådd hos mennesker, der undersøkelser har vist at 10- til 30-minutters eksponering for EMF fra GSM-mobiltelefoner ikke har noen konsistent effekt på auditiv prosessering vurdert på cochlea-50,51,52 eller hjernestammenivå 53,54.
I vår studie ble LTE-utløste neuronale avfyringsendringer observert in vivo 3 til 6 timer etter at eksponeringen var avsluttet. I en tidligere studie av den dorsomediale delen av cortex, var flere effekter indusert av GSM-1800 MHz observert 24 timer etter eksponering ikke lenger detekterbare 72 timer etter eksponering. Dette er tilfelle med ekspansjon av mikrogliale prosesser, nedregulering av IL-1ß-genet og posttranslasjonell modifisering av AMPA-reseptorer. Tatt i betraktning at den hørbare cortex har en lavere SAR-verdi (0,5 W/kg) enn den dorsomediale regionen (2,94 W/kg26), ser endringene i neuronal aktivitet som rapporteres her ut til å være forbigående.
Våre data bør ta hensyn til de kvalifiserende SAR-grensene og estimater av de faktiske SAR-verdiene som oppnås i hjernebarken til mobiltelefonbrukere. Gjeldende standarder som brukes for å beskytte offentligheten setter SAR-grensen til 2 W/kg for lokalisert hode- eller torsoeksponering for radiofrekvenser i RF-området 100 kHz og 6 GHz.
Dosesimuleringer har blitt utført ved hjelp av forskjellige modeller av menneskehodet for å bestemme RF-effektabsorpsjon i forskjellige vev i hodet under generell hode- eller mobiltelefonkommunikasjon. I tillegg til mangfoldet av modeller av menneskehodet, fremhever disse simuleringene betydelige forskjeller eller usikkerheter i estimering av energi absorbert av hjernen basert på anatomiske eller histologiske parametere som den ytre eller indre formen på hodeskallen, tykkelse eller vanninnhold. Ulike hodevev varierer mye avhengig av alder, kjønn eller individuelle 56,57,58. Videre påvirker mobiltelefonegenskaper, som antennens indre plassering og mobiltelefonens posisjon i forhold til brukerens hode, sterkt nivået og fordelingen av SAR-verdier i hjernebarken59,60. Imidlertid, med tanke på de rapporterte SAR-fordelingene i den menneskelige hjernebarken, som ble etablert fra mobiltelefonmodeller som sender ut radiofrekvenser i 1800 MHz-området58, 59, 60, ser det ut til at SAR-nivåene som oppnås i den menneskelige hørselsbarken fortsatt er underanvendt av halvparten av den menneskelige hjernebarken. Vår studie (SARACx 0,5 W/kg). Derfor utfordrer ikke dataene våre de nåværende grensene for SAR-verdier som gjelder for offentligheten.
Avslutningsvis viser studien vår at en enkelt eksponering kun for LTE-1800 MHz, kun på hodet, forstyrrer de neuronale responsene til kortikale nevroner på sensoriske stimuli. I samsvar med tidligere karakteriseringer av effektene av GSM-signalering, tyder resultatene våre på at effektene av LTE-signalering på neuronal aktivitet varierer med helsetilstand. Akutt nevroinflammasjon sensibiliserer nevroner for LTE-1800 MHz, noe som resulterer i endret kortikal prosessering av auditive stimuli.
Data ble samlet inn ved 55 dagers alder fra hjernebarken til 31 voksne hannrotter av typen Wistar, innhentet i Janvier-laboratoriet. Rottene ble holdt i et fuktighetskontrollert (50–55 %) og temperaturkontrollert (22–24 °C) anlegg med en lys/mørke-syklus på 12 timer/12 timer (lysene tennes kl. 07:30) med fri tilgang til mat og vann. Alle eksperimentene ble utført i samsvar med retningslinjene fastsatt av Rådet for De europeiske fellesskaps direktiv (rådsdirektiv 2010/63/EU), som ligner på de som er beskrevet i retningslinjene for bruk av dyr i nevrovitenskapelig forskning fra Society for Neuroscience. Denne protokollen ble godkjent av etikkomiteen Paris-Sud og Center (CEEA nr. 59, prosjekt 2014–25, nasjonal protokoll 03729.02) ved bruk av prosedyrer validert av denne komiteen 32–2011 og 34–2012.
Dyrene ble vant til kolonikamre i minst 1 uke før LPS-behandling og eksponering (eller simulert eksponering) for LTE-EMF.
Tjueto rotter ble injisert intraperitonealt (ip) med E. coli LPS (250 µg/kg, serotype 0127:B8, SIGMA) fortynnet med steril endotoksinfri isotonisk saltvann 24 timer før LTE- eller simulert eksponering (n per gruppe). = 11). Hos 2 måneder gamle Wistar hannrotter produserer denne LPS-behandlingen en nevroinflammatorisk respons som er markert i hjernebarken av flere proinflammatoriske gener (tumornekrosefaktor-alfa, interleukin 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) var oppregulert 24 timer etter LPS-injeksjon, inkludert en 4- og 12-ganger økning i nivåene av transkripter som koder for henholdsvis NOX2-enzymet og interleukin 1ß. Ved dette 24-timers tidspunktet viste kortikale mikroglia den typiske "tette" cellemorfologien som forventes av LPS-utløst proinflammatorisk aktivering av celler (figur 1), som står i kontrast til LPS-utløst aktivering av andre. Cellulær proinflammatorisk aktivering tilsvarer 24, 61.
Eksponering for LTE EMF kun på hodet ble utført ved hjelp av det eksperimentelle oppsettet som tidligere ble brukt til å evaluere effekten av GSM EMF26. LTE-eksponering ble utført 24 timer etter LPS-injeksjon (11 dyr) eller ingen LPS-behandling (5 dyr). Dyrene ble lett bedøvet med ketamin/xylazin (ketamin 80 mg/kg, ip; xylazin 10 mg/kg, ip) før eksponering for å forhindre bevegelse og for å sikre at dyrets hode var i sløyfeantennen som sendte ut LTE-signalet. Reproduserbar plassering nedenfor. Halvparten av rottene fra samme bur fungerte som kontroller (11 simulerte dyr, av 22 rotter forbehandlet med LPS): de ble plassert under sløyfeantennen, og energien til LTE-signalet ble satt til null. Vekten til eksponerte og simulerte dyr var lik (p = 0,558, uparret t-test, ns). Alle bedøvede dyr ble plassert på en metallfri varmepute for å opprettholde kroppstemperaturen rundt 37 °C gjennom hele eksperiment. Som i de tidligere eksperimentene ble eksponeringstiden satt til 2 timer. Etter eksponering, plasser dyret på en annen varmepute i operasjonsstuen. Samme eksponeringsprosedyre ble brukt på 10 friske rotter (ubehandlet med LPS), hvorav halvparten ble simulert eksponert fra samme bur (p = 0,694).
Eksponeringssystemet var likt systemene 25, 62 beskrevet i tidligere studier, med radiofrekvensgeneratoren byttet ut for å generere LTE i stedet for GSM elektromagnetiske felt. Kort fortalt ble en RF-generator (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Tyskland) som sendte ut et LTE - 1800 MHz elektromagnetisk felt koblet til en effektforsterker (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, USA), en sirkulator (D3 1719-N, Sodhy, Frankrike), en toveiskobler (CD D 1824-2, −30 dB, Sodhy, Frankrike) og en fireveis effektdeler (DC D 0922-4N, Sodhy, Frankrike), som tillot samtidig eksponering av fire dyr. En effektmåler (N1921A, Agilent, USA) koblet til en toveiskobler tillot kontinuerlig måling og overvåking av innfallende og reflektert effekt i enheten. Hver utgang var koblet til en sløyfeantenne (Sama-Sistemi srl; Roma), som muliggjør delvis eksponering av dyrets hode. Sløyfeantennen består av en trykt krets med to metalllinjer (dielektrisk konstant εr = 4,6) gravert på et isolerende epoksysubstrat. I den ene enden består enheten av en 1 mm bred ledning som danner en ring plassert nær dyrets hode. Som i tidligere studier26,62 ble den spesifikke absorpsjonsraten (SAR) bestemt numerisk ved hjelp av en numerisk rottemodell og en endelig differansetidsdomene (FDTD)-metode63,64,65. De ble også bestemt eksperimentelt i en homogen rottemodell ved hjelp av Luxtron-sonder for å måle temperaturøkning. I dette tilfellet beregnes SAR i W/kg ved hjelp av formelen: SAR = C ΔT/Δt, hvor C er varmekapasiteten i J/(kg K), ΔT, i °K og Δt Temperaturendring, tid i sekunder. De numerisk bestemte SAR-verdiene ble sammenlignet med eksperimentelle SAR-verdier oppnådd ved hjelp av en homogen modell, spesielt i ekvivalente rottehjerneområder. Forskjellen mellom de numeriske SAR-målingene og de eksperimentelt detekterte SAR-verdiene er mindre enn 30 %.
Figur 2a viser SAR-fordelingen i rottehjernen i rottemodellen, som samsvarer med fordelingen når det gjelder kroppsvekt og størrelse hos rottene som ble brukt i vår studie. Gjennomsnittlig SAR i hjernen var 0,37 ± 0,23 W/kg (gjennomsnitt ± SD). SAR-verdiene er høyest i det kortikale området rett under sløyfeantennen. Den lokale SAR i ACx (SARACx) var 0,50 ± 0,08 W/kg (gjennomsnitt ± SD) (fig. 2b). Siden kroppsvekten til eksponerte rotter er homogen og forskjellene i hodevevstykkelsen er ubetydelige, forventes den faktiske SAR for ACx eller andre kortikale områder å være svært lik mellom ett eksponert dyr og et annet.
Ved slutten av eksponeringen ble dyrene supplert med ytterligere doser ketamin (20 mg/kg, ip) og xylazin (4 mg/kg, ip) inntil det ikke ble observert noen refleksbevegelser etter å ha klypet bakpoten. Et lokalbedøvelsesmiddel (Xylocain 2 %) ble injisert subkutant i huden og temporalis-muskelen over skallen, og dyrene ble plassert på et metallfritt varmesystem. Etter å ha plassert dyret i den stereotaksiske rammen, ble det utført en kraniotomi over venstre temporal cortex. Som i vår tidligere studie66, med start fra krysset mellom parietal- og temporalbenet, var åpningen 9 mm bred og 5 mm høy. Duraen over ACx ble forsiktig fjernet under binokulær kontroll uten å skade blodårene. Ved slutten av prosedyren ble det konstruert en base i dental akrylsement for atraumatisk fiksering av dyrets hode under opptak. Plasser den stereotaksiske rammen som støtter dyret i et akustisk dempningskammer (IAC, modell AC1).
Data ble innhentet fra flerenhetsopptak i den primære hørselsbarken hos 20 rotter, inkludert 10 dyr forbehandlet med LPS. Ekstracellulære opptak ble innhentet fra en matrise med 16 wolframelektroder (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) bestående av to rader med 8 elektroder plassert 1000 µm fra hverandre (350 µm mellom elektrodene i samme rad). En sølvtråd (ø: 300 µm) for jording ble satt inn mellom tinningbenet og den kontralaterale duraen. Den estimerte plasseringen av den primære ACx er 4–7 mm posteriort for bregma og 3 mm ventralt for den supratemporale suturen. Råsignalet ble forsterket 10 000 ganger (TDT Medusa) og deretter behandlet av et flerkanals datainnsamlingssystem (RX5, TDT). Signaler samlet inn fra hver elektrode ble filtrert (610–10 000 Hz) for å trekke ut flerenhetsaktivitet (MUA). Triggernivåer ble nøye satt for hver elektrode (av medforfattere blindet for eksponerte eller simulert eksponerte tilstander) for å velge det største aksjonspotensialet fra signalet. Online- og offline-inspeksjon av bølgeformene viste at MUA-en som ble samlet inn her, besto av aksjonspotensialer generert av 3 til 6 nevroner nær elektrodene. Ved begynnelsen av hvert eksperiment satte vi posisjonen til elektrodeoppstillingen slik at to rader med åtte elektroder kunne sample nevroner, fra lavfrekvente til høyfrekvente responser når de ble utført i rostral orientering.
Akustiske stimuli ble generert i Matlab, overført til et RP2.1-basert lydleveringssystem (TDT) og sendt til en Fostex-høyttaler (FE87E). Høyttaleren ble plassert 2 cm fra rottens høyre øre, og i denne avstanden produserte høyttaleren et flatt frekvensspektrum (± 3 dB) mellom 140 Hz og 36 kHz. Høyttalerkalibrering ble utført ved hjelp av støy og rene toner tatt opp med en Bruel og Kjær-mikrofon 4133 koblet til en forforsterker B&K 2169 og en digital opptaker Marantz PMD671. Det spektrale tidsreseptive feltet (STRF) ble bestemt ved hjelp av 97 gammatonefrekvenser, som dekket 8 (0,14–36 kHz) oktaver, presentert i tilfeldig rekkefølge ved 75 dB SPL ved 4,15 Hz. Frekvensresponsområdet (FRA) bestemmes ved hjelp av samme sett med toner og presenteres i tilfeldig rekkefølge ved 2 Hz fra 75 til 5 dB SPL. Hver frekvens presenteres åtte ganger ved hver intensitet.
Responser på naturlige stimuli ble også vurdert. I tidligere studier observerte vi at rottevokaliseringer sjelden fremkaller sterke responser i ACx, uavhengig av den neuronale optimale frekvensen (BF), mens xenograftspesifikke (f.eks. sangfugl- eller marsvinvokaliseringer) vanligvis viser hele tonekartet. Derfor testet vi kortikale responser på vokaliseringer hos marsvin (fløyten som ble brukt i 36 var koblet til 1 sekund med stimuli, presentert 25 ganger).

Vi kan også tilpasse de passive RF-komponentene i henhold til dine behov. Du kan gå inn på tilpasningssiden for å oppgi spesifikasjonene du trenger.
https://www.keenlion.com/customization/

E-post:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com