Nyheter

Tack för att du besöker Nature.com. Webbläsarversionen du använder har begränsat stöd för CSS. För bästa möjliga upplevelse rekommenderar vi att du använder en uppdaterad webbläsare (eller stänger av kompatibilitetsläge i Internet Explorer). Under tiden, för att säkerställa fortsatt stöd, kommer vi att visa webbplatsen utan stilar och JavaScript.
Den ständigt ökande efterfrågan på mobiltelefoni har lett till den kontinuerliga framväxten av trådlösa tekniker (G), vilka kan ha olika effekter på biologiska system. För att testa detta exponerade vi råttor för en enda exponering för ett 4G långsiktigt evolutionärt (LTE)-1800 MHz elektromagnetiskt fält (EMF) i 2 timmar. Vi utvärderade sedan effekten av lipopolysackaridinducerad akut neuroinflammation på mikroglias rumsliga täckning och elektrofysiologisk neuronal aktivitet i den primära hörselbarken (ACx). Den genomsnittliga SAR i ACx är 0,5 W/kg. Flerenhetsinspelningar visar att LTE-EMF utlöser en minskning av intensiteten i responsen på rena toner och naturliga vokaliseringar, medan en ökning av den akustiska tröskeln för låga och mellanregisterfrekvenser. Iba1-immunohistokemi visade inga förändringar i området som täcks av mikrogliala kroppar och processer. Hos friska råttor inducerade samma LTE-exponering inte förändringar i responsintensitet och akustiska trösklar. Våra data visar att akut neuroinflammation sensibiliserar neuroner för LTE-EMF, vilket resulterar i förändrad bearbetning av akustiska signaler. stimuli i ACx.
Mänsklighetens elektromagnetiska miljö har förändrats dramatiskt under de senaste tre decennierna på grund av den kontinuerliga expansionen av trådlös kommunikation. För närvarande anses mer än två tredjedelar av befolkningen vara mobiltelefonanvändare (MP). Den storskaliga spridningen av denna teknik har väckt oro och debatt om de potentiellt farliga effekterna av pulserade elektromagnetiska fält (EMF) i radiofrekvensområdet (RF), som emitteras av MP:er eller basstationer och kodar kommunikation. Denna folkhälsofråga har inspirerat ett antal experimentella studier som ägnas åt att undersöka effekterna av radiofrekvensabsorption i biologiska vävnader1. Några av dessa studier har undersökt förändringar i neuronal nätverksaktivitet och kognitiva processer, med tanke på hjärnans närhet till RF-källor under den genomgripande användningen av MP. Många rapporterade studier behandlar effekterna av pulsmodulerade signaler som används i andra generationens (2G) globala system för mobilkommunikation (GSM) eller wideband code division multiple access (WCDMA)/tredje generationens universella mobila telekommunikationssystem (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Lite är känt om effekterna av radiofrekvenssignaler som används i fjärde generationens (4G) mobiltjänster, som är beroende av en Heldigital Internet Protocol-teknik som kallas Long Term Evolution (LTE)-teknik. LTE-handtelefontjänsten lanserades 2011 och förväntas nå 6,6 miljarder globala LTE-abonnenter i januari 2022 (GSMA: //gsacom.com). Jämfört med GSM (2G) och WCDMA (3G)-system baserade på moduleringsscheman med en bärvåg använder LTE Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) som grundläggande signalformat. Världsomspännande använder LTE-mobiltjänster en rad olika frekvensband mellan 450 och 3700 MHz, inklusive 900- och 1800 MHz-banden som också används i GSM.
Förmågan hos RF-exponering att påverka biologiska processer bestäms till stor del av den specifika absorptionshastigheten (SAR) uttryckt i W/kg, vilket mäter den energi som absorberas i biologisk vävnad. Effekterna av akut 30-minuters huvudexponering för 2,573 GHz LTE-signaler på global neuronal nätverksaktivitet undersöktes nyligen hos friska mänskliga frivilliga. Med hjälp av fMRI i vilotillstånd observerades att LTE-exponering kan inducera spontana långsamma frekvensfluktuationer och förändringar i intra- eller interregional konnektivitet, medan rumsliga topp-SAR-nivåer i genomsnitt över 10 g vävnad uppskattades variera mellan 0,42 och 1,52 W/kg, enligt ämnena 7, 8, 9. EEG-analys under liknande exponeringsförhållanden (30 minuters varaktighet, uppskattad topp-SAR-nivå på 1,34 W/kg med en representativ mänsklig huvudmodell) visade minskad spektralkraft och hemisfärisk koherens i alfa- och betabanden. Två andra studier baserade på EEG-analys fann dock att 20 eller 30 minuters LTE-huvudexponering, med maximala lokala SAR-nivåer satta till cirka 2 W/kg, antingen hade någon detekterbar effekt11 eller resulterade i minskad spektralstyrka i alfabandet, medan kognition inte förändrades i funktion bedömd med Stroop-testet12. Signifikanta skillnader hittades också i resultaten av EEG- eller kognitiva studier som specifikt tittade på effekterna av GSM- eller UMTS-elektromagnetiska fältexponering. De tros uppstå från variationer i metoddesign och experimentella parametrar, inklusive signaltyp och modulering, exponeringsintensitet och varaktighet, eller från heterogenitet hos människor med avseende på ålder, anatomi eller kön.
Hittills har få djurstudier använts för att fastställa hur exponering för LTE-signalering påverkar hjärnfunktionen. Det har nyligen rapporterats att systemisk exponering av möss under utveckling från sent embryonalt stadium till avvänjning (30 min/dag, 5 dagar/vecka, med ett genomsnittligt helkropps-SAR på 0,5 eller 1 W/kg) resulterade i förändrade motoriska och aptitbeteenden i vuxen ålder 14. Upprepad systemisk exponering (2 ha per dag i 6 veckor) hos vuxna råttor visade sig inducera oxidativ stress och minska amplituden av visuella framkallade potentialer erhållna från synnerven, med ett maximalt SAR uppskattat till så lågt som 10 mW/kg 15.
Förutom analys på flera skalor, inklusive cellulär och molekylär nivå, kan gnagarmodeller användas för att studera effekterna av RF-exponering under sjukdom, vilket tidigare fokuserats på GSM- eller WCDMA/3G UMTS-elektromagnetiska fält i samband med akut neuroinflammation. Studier har visat effekterna av anfall, neurodegenerativa sjukdomar eller gliom 16,17,18,19,20.
Gnagare injicerade med lipopolysackarid (LPS) är en klassisk preklinisk modell av akuta neuroinflammatoriska svar associerade med godartade infektionssjukdomar orsakade av virus eller bakterier som drabbar majoriteten av befolkningen varje år. Detta inflammatoriska tillstånd leder till en reversibel sjukdom och depressivt beteendesyndrom som kännetecknas av feber, aptitlöshet och minskad social interaktion. Residenta CNS-fagocyter såsom mikroglia är viktiga effektorceller i detta neuroinflammatoriska svar. Behandling av gnagare med LPS utlöser aktivering av mikroglia som kännetecknas av ombyggnad av deras form och cellulära processer och djupgående förändringar i transkriptomprofilen, inklusive uppreglering av gener som kodar för proinflammatoriska cytokiner eller enzymer, vilka påverkar neuronala nätverk. Aktiviteter 22, 23, 24.
Genom att studera effekterna av en enda 2-timmars huvudexponering för GSM-1800 MHz EMF hos LPS-behandlade råttor fann vi att GSM-signalering utlöser cellulära svar i hjärnbarken, vilket påverkar genuttryck, glutamatreceptorfosforylering, neuronal meta-framkallad avfyrning och morfologin hos mikroglia i hjärnbarken. Dessa effekter detekterades inte hos friska råttor som fick samma GSM-exponering, vilket tyder på att det LPS-utlösta neuroinflammatoriska tillståndet sensibiliserar CNS-celler för GSM-signalering. Med fokus på hörselbarken (ACx) hos LPS-behandlade råttor, där den lokala SAR i genomsnitt var 1,55 W/kg, observerade vi att GSM-exponering resulterade i en ökning av längden eller förgreningen av mikrogliala processer och en minskning av neuronala svar framkallade av rena toner och. Naturlig stimulering 28.
I den aktuella studien syftade vi till att undersöka om exponering enbart för LTE-1800 MHz-signaler också kunde förändra mikroglial morfologi och neuronal aktivitet i ACx, vilket minskade exponeringseffekten med två tredjedelar. Vi visar här att LTE-signalering inte hade någon effekt på mikrogliala processer men ändå utlöste en signifikant minskning av ljudframkallad kortikal aktivitet i ACx hos LPS-behandlade råttor med ett SAR-värde på 0,5 W/kg.
Med tanke på tidigare bevis för att exponering för GSM-1800 MHz förändrade mikroglial morfologi under proinflammatoriska tillstånd, undersökte vi denna effekt efter exponering för LTE-signalering.
Vuxna råttor injicerades med LPS 24 timmar före simulerad exponering av huvudet eller exponering för LTE-1800 MHz. Vid exponering etablerades LPS-utlösta neuroinflammatoriska svar i hjärnbarken, vilket visas genom uppreglering av proinflammatoriska gener och förändringar i kortikal mikrogliamorfologi (Figur 1). Effekten som exponerades av LTE-huvudet sattes för att erhålla en genomsnittlig SAR-nivå på 0,5 W/kg i ACx (Figur 2). För att avgöra om LPS-aktiverade mikroglia svarade på LTE EMF analyserade vi kortikala sektioner färgade med anti-Iba1 som selektivt märkte dessa celler. Som visas i Figur 3a, i ACx-sektioner fixerade 3 till 4 timmar efter simulerad eller LTE-exponering, såg mikroglia anmärkningsvärt lika ut och uppvisade en "tätliknande" cellmorfologi framkallad av LPS proinflammatorisk behandling (Figur 1). I överensstämmelse med avsaknaden av morfologiska svar visade kvantitativ bildanalys inga signifikanta skillnader i total area (oparat t-test, p = 0,308) eller area (p = 0,196) och densitet. (p = 0,061) av Iba1-immunreaktivitet vid jämförelse av exponering för Iba 1-färgade cellkroppar hos LTE-råttor jämfört med simulerade exponeringar för djur (Fig. 3b-d).
Effekter av LPS ip-injektion på kortikal mikrogliamorfologi. Representativ vy av mikroglia i en koronal sektion av hjärnbarken (dorsomediala regionen) 24 timmar efter intraperitoneal injektion av LPS eller vehikel (kontroll). Cellerna färgades med anti-Iba1-antikropp enligt tidigare beskrivning. LPS proinflammatorisk behandling resulterade i förändringar i mikrogliamorfologin, inklusive proximal förtjockning och ökade korta sekundära grenar av cellulära processer, vilket resulterade i ett "tättliknande" utseende. Skalstreck: 20 µm.
Dosimetrisk analys av specifik absorptionshastighet (SAR) i råtthjärna under exponering för 1800 MHz LTE. En tidigare beskriven heterogen modell av fantområtta och loopantenn62 användes för att bedöma lokal SAR i hjärnan, med ett 0,5 mm3 kubiskt rutnät. (a) Global vy av en råttmodell i en exponeringsmiljö med en loopantenn ovanför huvudet och en metallisk termisk dyna (gul) under kroppen. (b) Fördelning av SAR-värden i den vuxna hjärnan vid 0,5 mm3 rumslig upplösning. Området avgränsat av den svarta konturen i sagittalsnittet motsvarar den primära hörselbarken där mikroglial och neuronal aktivitet analyseras. Den färgkodade skalan för SAR-värden gäller för alla numeriska simuleringar som visas i figuren.
LPS-injicerade mikroglia i råttors hörselbark efter LTE- eller sham-exponering. (a) Representativ stapelvy av mikroglia färgade med anti-Iba1-antikropp i koronala sektioner av LPS-perfunderad råttors hörselbark 3 till 4 timmar efter sham- eller LTE-exponering (exponering). Skalstreck: 20 µm. (bd) Morfometrisk bedömning av mikroglia 3 till 4 timmar efter sham (öppna prickar) eller LTE-exponering (exponerade, svarta prickar). (b, c) Spatial täckning (b) av mikrogliamarkören Iba1 och områden med Iba1-positiva cellkroppar (c). Data representerar anti-Iba1-färgningsområdet normaliserat till medelvärdet från sham-exponerade djur. (d) Antal anti-Iba1-färgade mikrogliacellkroppar. Skillnaderna mellan sham- (n = 5) och LTE- (n = 6) djur var inte signifikanta (p > 0,05, oparat t-test). Rutans övre och nedre del, de övre och nedre linjerna representerar den 25:e-75:e percentilen respektive 5–95:e percentilen. Medelvärdet är markerat med rött i rutan.
Tabell 1 sammanfattar antalet djur och flerenhetsinspelningar erhållna i den primära hörselbarken hos fyra grupper av råttor (Sham, Exponerad, Sham-LPS, Exponerad-LPS). I resultaten nedan inkluderar vi alla inspelningar som uppvisar ett signifikant spektral temporalt receptivt fält (STRF), dvs. tonframkallade svar minst 6 standardavvikelser högre än spontana avfyrningshastigheter (se tabell 1). Med tillämpning av detta kriterium valde vi 266 poster för Sham-gruppen, 273 poster för den Exponerade gruppen, 299 poster för Sham-LPS-gruppen och 295 poster för den Exponerade-LPS-gruppen.
I följande stycken kommer vi först att beskriva de parametrar som extraherats från det spektral-temporala receptiva fältet (det vill säga responsen på rena toner) och responsen på xenogena specifika vokaliseringar. Vi kommer sedan att beskriva kvantifieringen av frekvensresponsområdet som erhållits för varje grupp. Med tanke på förekomsten av "kapslade data"30 i vår experimentella design utfördes alla statistiska analyser baserat på antalet positioner i elektroduppsättningen (sista raden i tabell 1), men alla effekter som beskrivs nedan baserades också på antalet positioner i varje grupp. Totalt antal insamlade flerenhetsinspelningar (tredje raden i tabell 1).
Figur 4a visar den optimala frekvensfördelningen (BF, som framkallar maximal respons vid 75 dB SPL) för kortikala neuroner erhållna i LPS-behandlade Sham- och exponerade djur. Frekvensområdet för BF i båda grupperna utökades från 1 kHz till 36 kHz. Statistisk analys visade att dessa fördelningar var likartade (chi-kvadrat, p = 0,278), vilket tyder på att jämförelser mellan de två grupperna kunde göras utan samplingsbias.
Effekter av LTE-exponering på kvantifierade parametrar för kortikala svar hos LPS-behandlade djur. (a) BF-fördelning i kortikala neuroner hos LPS-behandlade djur exponerade för LTE (svart) och simulerade exponerade för LTE (vit). Det finns ingen skillnad mellan de två fördelningarna. (bf) Effekten av LTE-exponering på parametrar som kvantifierar det spektrala temporala receptiva fältet (STRF). Svarsstyrkan minskade signifikant (*p < 0,05, oparat t-test) över både STRF (total svarsstyrka) och optimala frekvenser (b, c). Svarsvaraktighet, svarsbandbredd och bandbreddskonstant (df). Både styrkan och den temporala tillförlitligheten hos svar på vokaliseringar minskade (g, h). Spontan aktivitet minskade inte signifikant (i). (*p < 0,05, oparat t-test). (j, k) Effekter av LTE-exponering på kortikala trösklar. Genomsnittliga trösklar var signifikant högre hos LTE-exponerade råttor jämfört med simulerade exponerade råttor. Denna effekt är mer uttalad i de låga och medelhöga frekvenserna. frekvenser.
Figurerna 4b-f visar fördelningen av parametrar härledda från STRF för dessa djur (medelvärden indikerade med röda linjer). Effekterna av LTE-exponering på LPS-behandlade djur verkade indikera minskad neuronal excitabilitet. För det första var den totala responsintensiteten och responserna signifikant lägre i BF jämfört med Sham-LPS-djur (Fig. 4b,c oparat t-test, p = 0,0017; och p = 0,0445). Likaså minskade responserna på kommunikationsljud i både responsstyrka och reliabilitet mellan försök (Fig. 4g,h; oparat t-test, p = 0,043). Spontan aktivitet minskade, men denna effekt var inte signifikant (Fig. 4i; p = 0,0745). Svarsvaraktighet, avstämningsbandbredd och responslatens påverkades inte av LTE-exponering hos LPS-behandlade djur (Fig. 4d-f), vilket indikerar att frekvensselektivitet och precision för debutresponser inte påverkades av LTE-exponering hos LPS-behandlade djur.
Vi bedömde sedan om tröskelvärdena för rena toner i kortikala signaler förändrades av LTE-exponering. Från frekvensresponsarean (FRA) som erhölls från varje inspelning bestämde vi hörseltrösklar för varje frekvens och beräknade medelvärdet av dessa trösklar för båda djurgrupperna. Figur 4j visar medelvärdena (± sem) från 1,1 till 36 kHz hos LPS-behandlade råttor. Jämförelse av hörseltrösklarna hos de simulerade och exponerade grupperna visade en betydande ökning av trösklar hos exponerade djur jämfört med simulerade djur (Fig. 4j), en effekt som var mer uttalad vid låga och mellanhöga frekvenser. Mer exakt, vid låga frekvenser (< 2,25 kHz) ökade andelen A1-neuroner med hög tröskel, medan andelen neuroner med låg och mellanhög tröskel minskade (chi-kvadrat = 43,85; p < 0,0001; Fig. 4k, vänster figur). Samma effekt observerades vid mittenfrekvens (2,25 < Freq(kHz) < 11): en högre andel kortikala inspelningar med mellanliggande tröskelvärden och en mindre andel neuroner med låga tröskelvärden jämfört med den oexponerade gruppen (Chi-kvadrat = 71,17; p < 0,001; Figur 4k, mittenpanelen). Det fanns också en signifikant skillnad i tröskelvärde för högfrekventa neuroner (≥ 11 kHz, p = 0,0059); andelen neuroner med låg tröskel minskade och andelen neuroner med medelhög tröskel ökade (chi-kvadrat = 10,853; p = 0,04 Figur 4k, höger panel).
Figur 5a visar den optimala frekvensfördelningen (BF, som framkallar maximal respons vid 75 dB SPL) för kortikala neuroner erhållna hos friska djur för grupperna Simulerad och Exponerad. Statistisk analys visade att de två fördelningarna var likartade (chi-kvadrat, p = 0,157), vilket tyder på att jämförelser mellan de två grupperna kunde göras utan urvalsbias.
Effekter av LTE-exponering på kvantifierade parametrar för kortikala svar hos friska djur. (a) BF-fördelning i kortikala neuroner hos friska djur exponerade för LTE (mörkblå) och simulerade exponerades för LTE (ljusblå). Det finns ingen skillnad mellan de två fördelningarna. (bf) Effekten av LTE-exponering på parametrar som kvantifierar det spektrala temporala receptiva fältet (STRF). Det fanns ingen signifikant förändring i svarsintensiteten över STRF och optimala frekvenser (b, c). Det finns en liten ökning av svarsvaraktighet (d), men ingen förändring i svarsbandbredd och bandbredd (e, f). Varken styrkan eller den temporala tillförlitligheten hos svaren på vokaliseringar förändrades (g, h). Det fanns ingen signifikant förändring i spontan aktivitet (i). (*p < 0,05 oparat t-test). (j, k) Effekter av LTE-exponering på kortikala trösklar. I genomsnitt förändrades inte trösklarna signifikant hos LTE-exponerade råttor jämfört med simulerade exponerade råttor, men högre frekvenströsklar var något lägre hos exponerade djur.
Figurerna 5b-f visar boxplots som representerar fördelningen och medelvärdet (röd linje) av parametrar härledda från de två uppsättningarna STRF. Hos friska djur hade LTE-exponering i sig liten effekt på medelvärdet av STRF-parametrar. Jämfört med Sham-gruppen (ljusblå kontra mörkblå rutor för den exponerade gruppen) förändrade LTE-exponering varken den totala responsintensiteten eller responsen hos BF (Fig. 5b, c; oparat t-test, p = 0,2176 respektive p = 0,8696). Det fanns inte heller någon effekt på spektral bandbredd och latens (p = 0,6764 respektive p = 0,7129), men det fanns en signifikant ökning av responsvaraktigheten (p = 0,047). Det fanns inte heller någon effekt på styrkan hos vokaliseringsresponserna (Fig. 5g, p = 0,4375), tillförlitligheten mellan dessa svar (Fig. 5h, p = 0,3412) och spontan aktivitet (Fig. 5).5i; p = 0,3256).
Figur 5j visar medelvärdena (± sem) från 1,1 till 36 kHz hos friska råttor. Den visade ingen signifikant skillnad mellan simulerade och exponerade råttor, förutom en något lägre tröskel hos exponerade djur vid höga frekvenser (11–36 kHz) (oparat t-test, p = 0,0083). Denna effekt återspeglar det faktum att det hos exponerade djur, i detta frekvensområde (chi-kvadrat = 18,312, p = 0,001; Fig. 5k), fanns något fler neuroner med låga och medelhöga trösklar (medan höga trösklar) färre neuroner.
Sammanfattningsvis, när friska djur exponerades för LTE, fanns det ingen effekt på responsstyrkan på rena toner och komplexa ljud såsom vokaliseringar. Dessutom var de kortikala hörseltrösklarna hos friska djur likartade mellan exponerade och simulerade djur, medan LTE-exponering hos LPS-behandlade djur resulterade i en betydande ökning av kortikala trösklar, särskilt i låg- och mellanfrekvensområdet.
Vår studie visade att exponering för LTE-1800 MHz med en lokal SARACx på 0,5 W/kg (se Metoder) hos vuxna hanråttor som upplevde akut neuroinflammation resulterade i en signifikant minskning av intensiteten hos ljudframkallade svar i primära kommunikationsinspelningar. Dessa förändringar i neuronal aktivitet inträffade utan någon uppenbar förändring i utsträckningen av den rumsliga domän som täcks av mikrogliala processer. Denna effekt av LTE på intensiteten hos kortikala framkallade svar observerades inte hos friska råttor. Med tanke på likheten i optimal frekvensfördelning mellan inspelningsenheter hos LTE-exponerade och simulerade djur, kan skillnaderna i neuronal reaktivitet tillskrivas biologiska effekter av LTE-signaler snarare än samplingsbias (Fig. 4a). Dessutom tyder avsaknaden av förändringar i svarslatens och spektral avstämningsbandbredd hos LTE-exponerade råttor på att dessa inspelningar troligen samplades från samma kortikala lager, vilka är belägna i den primära ACx snarare än sekundära regioner.
Såvitt vi vet har effekten av LTE-signalering på neuronala svar inte rapporterats tidigare. Tidigare studier har dock dokumenterat förmågan hos GSM-1800 MHz eller 1800 MHz kontinuerlig våg (CW) att förändra neuronal excitabilitet, om än med signifikanta skillnader beroende på den experimentella metoden. Kort efter exponering för 1800 MHz CW vid en SAR-nivå på 8,2 W/kg visade inspelningar från snäckganglier minskade trösklar för att utlösa aktionspotentialer och neuronal modulering. Å andra sidan minskade spikande och burstande aktivitet i primära neuronala kulturer härledda från råtthjärna genom exponering för GSM-1800 MHz eller 1800 MHz CW i 15 minuter vid en SAR på 4,6 W/kg. Denna hämning var endast delvis reversibel inom 30 minuter efter exponering. Fullständig tystnad av neuroner uppnåddes vid en SAR på 9,2 W/kg. Dos-responsanalys visade att GSM-1800 MHz var mer effektivt än 1800 MHz CW för att undertrycka burstaktivitet, vilket tyder på att neuronala svar beror på RF-signalmodulering.
I vår studie samlades kortikala framkallade svar in vivo 3 till 6 timmar efter att den 2 timmar långa exponeringen endast för huvudet avslutats. I en tidigare studie undersökte vi effekten av GSM-1800 MHz vid SARACx på 1,55 W/kg och fann ingen signifikant effekt på ljudframkallade kortikala svar hos friska råttor. Här var den enda signifikanta effekten som framkallades hos friska råttor genom exponering för LTE-1800 vid 0,5 W/kg SARACx en liten ökning av svarets varaktighet vid presentation av rena toner. Denna effekt är svår att förklara eftersom den inte åtföljs av en ökning av svarsintensiteten, vilket tyder på att denna längre svarsvaraktighet uppstår med samma totala antal aktionspotentialer som avfyras av kortikala neuroner. En förklaring kan vara att LTE-exponering kan minska aktiviteten hos vissa hämmande interneuroner, eftersom det har dokumenterats att i primär ACx kontrollerar framkopplingshämning varaktigheten av pyramidala cellsvar som utlöses av excitatorisk talamusinput33,34, 35, 36, 37.
Däremot hade LTE-exponering ingen effekt på varaktigheten av ljudframkallade neuronala avfyrningar hos råttor som utsattes för LPS-utlöst neuroinflammation, men signifikanta effekter upptäcktes på styrkan hos de framkallade svaren. Jämfört med neuronala svar registrerade hos LPS-skamexponerade råttor uppvisade neuroner hos LPS-behandlade råttor exponerade för LTE en minskning av intensiteten i sina svar, en effekt som observerades både vid presentation av rena toner och naturliga vokaliseringar. Minskningen av intensiteten i svaret på rena toner inträffade utan en minskning av den spektrala avstämningsbandbredden på 75 dB, och eftersom det inträffade vid alla ljudintensiteter resulterade det i en ökning av de akustiska tröskelvärdena för kortikala neuroner vid låga och mellanfrekvenser.
Minskningen av den framkallade responsstyrkan indikerade att effekten av LTE-signalering vid SARACx på 0,5 W/kg hos LPS-behandlade djur var liknande den för GSM-1800 MHz applicerat vid tre gånger högre SARACx (1,55 W/kg) 28. När det gäller GSM-signalering kan huvudexponering för LTE-1800 MHz minska neuronal excitabilitet hos rått-ACx-neuroner som utsatts för LPS-utlöst neuroinflammation. I linje med denna hypotes observerade vi också en trend mot minskad tillförlitlighet i studier av neuronala svar på vokalisering (Fig. 4h) och minskad spontan aktivitet (Fig. 4i). Det har dock varit svårt att in vivo avgöra om LTE-signalering minskar neuronal intrinsisk excitabilitet eller minskar synaptisk input och därigenom kontrollerar neuronala svar i ACx.
För det första kan dessa svagare svar bero på den inneboende minskade excitabiliteten hos kortikala celler efter exponering för LTE 1800 MHz. GSM-1800 MHz och 1800 MHz-CW stöder denna idé genom att minska burstaktiviteten när de applicerades direkt på primärkulturer av kortikala råttneuroner med SAR-nivåer på 3,2 W/kg respektive 4,6 W/kg, men en tröskelnivå för SAR krävdes för att signifikant minska burstaktiviteten. Vi förespråkade minskad inneboende excitabilitet och observerade också lägre frekvenser av spontan avfyrning hos exponerade djur än hos skenexponerade djur.
För det andra kan LTE-exponering också påverka synaptisk transmission från talamokortikala eller kortikal-kortikala synapser. Många register visar nu att bredden av spektral avstämning i hörselbarken inte enbart bestäms av afferenta talamusprojektioner, utan att intrakortikala kopplingar ger ytterligare spektral input till kortikala platser39,40. I våra experiment tydde det faktum att kortikal STRF uppvisade liknande bandbredder hos exponerade och simulerade djur indirekt på att effekterna av LTE-exponering inte var effekter på kortikal-kortikal konnektivitet. Detta tyder också på att högre konnektivitet i andra kortikala regioner exponerade vid SAR än mätt i ACx (Fig. 2) kanske inte är ansvarig för de förändrade svar som rapporteras här.
Här uppvisade en större andel av LPS-exponerade kortikala inspelningar höga trösklar jämfört med LPS-sham-exponerade djur. Med tanke på att det har föreslagits att den kortikala akustiska tröskeln primärt styrs av styrkan hos den talamokortikala synapsen , kan man misstänka att talamokortikal transmission delvis reduceras genom exponering, antingen presynaptisk (minskad glutamatfrisättning) eller postsynaptisk nivå (minskat receptorantal eller affinitet).
I likhet med effekterna av GSM-1800 MHz inträffade LTE-inducerade förändrade neuronala svar i samband med LPS-utlöst neuroinflammation, kännetecknad av mikrogliala svar. Nuvarande bevis tyder på att mikroglia starkt påverkar aktiviteten hos neuronala nätverk i normala och patologiska hjärnor41,42,43. Deras förmåga att modulera neurotransmission beror inte bara på produktionen av föreningar de producerar som kan eller kan begränsa neurotransmission, utan också på den höga motiliteten hos deras cellulära processer. I hjärnbarken utlöser både ökad och minskad aktivitet hos neuronala nätverk snabb expansion av den mikrogliala rumsliga domänen på grund av tillväxten av mikrogliala processer44,45. I synnerhet rekryteras mikrogliala utbuktningar nära aktiverade talamokortikala synapser och kan hämma aktiviteten hos exciterande synapser genom mekanismer som involverar mikroglia-medierad lokal adenosinproduktion.
Hos LPS-behandlade råttor som utsattes för GSM-1800 MHz med SARACx vid 1,55 W/kg, minskade aktiviteten hos ACx-neuroner med tillväxten av mikrogliala processer, markerade av signifikanta Iba1-färgade områden i ACx28-ökningen. Denna observation tyder på att mikroglial ombyggnad utlöst av GSM-exponering aktivt kan bidra till den GSM-inducerade minskningen av ljudframkallade neuronala svar. Vår nuvarande studie argumenterar mot denna hypotes i samband med LTE-huvudexponering med SARACx begränsad till 0,5 W/kg, eftersom vi inte fann någon ökning i den rumsliga domänen som täcks av mikrogliala processer. Detta utesluter dock inte någon effekt av LTE-signalering på LPS-aktiverade mikroglia, vilket i sin tur kan påverka neuronal aktivitet. Ytterligare studier behövs för att besvara denna fråga och för att bestämma mekanismerna genom vilka akut neuroinflammation förändrar neuronala svar på LTE-signalering.
Såvitt vi vet har effekten av LTE-signaler på auditiv bearbetning inte studerats tidigare. Våra tidigare studier 26, 28 och den aktuella studien visade att vid akut inflammation resulterade exponering av huvudet enbart för GSM-1800 MHz eller LTE-1800 MHz i funktionella förändringar i neuronala svar i ACx, vilket visas av ökningen av hörseltröskeln. Av minst två huvudskäl bör cochleafunktionen inte påverkas av vår LTE-exponering. För det första, som visas i dosimetristudien som visas i figur 2, är de högsta nivåerna av SAR (nära 1 W/kg) belägna i dorsomediala cortexen (under antennen), och de minskar avsevärt när man rör sig mer i sidled och lateralt. Den ventrala delen av huvudet. Den kan uppskattas till cirka 0,1 W/kg vid råttans ytteröra (under hörselgången). För det andra, när marsvinsöron exponerades i 2 månader vid GSM 900 MHz (5 dagar/vecka, 1 timme/dag, SAR mellan 1 och 4 W/kg), fanns det fanns inga detekterbara förändringar i magnituden av distorsionsprodukten otoakustiska tröskelvärden för emission och auditiva hjärnstamsresponser 47. Dessutom påverkade upprepad huvudexponering för GSM 900 eller 1800 MHz vid en lokal SAR på 2 W/kg inte funktionen hos de yttre hårcellerna i cochlea hos friska råttor 48,49. Dessa resultat återspeglar data erhållna hos människor, där undersökningar har visat att 10- till 30-minuters exponering för EMF från GSM-mobiltelefoner inte har någon konsekvent effekt på auditiv bearbetning bedömd på cochlea-50,51,52 eller hjärnstamsnivå 53,54.
I vår studie observerades LTE-utlösta neuronala avfyrningsförändringar in vivo 3 till 6 timmar efter att exponeringen avslutats. I en tidigare studie av den dorsomediala delen av cortex var flera effekter inducerade av GSM-1800 MHz observerade 24 timmar efter exponering inte längre detekterbara 72 timmar efter exponering. Detta är fallet med expansion av mikrogliala processer, nedreglering av IL-1ß-genen och posttranslationell modifiering av AMPA-receptorer. Med tanke på att den hörselbark har ett lägre SAR-värde (0,5 W/kg) än den dorsomediala regionen (2,94 W/kg26), verkar de förändringar i neuronal aktivitet som rapporteras här vara övergående.
Våra data bör ta hänsyn till de kvalificerade SAR-gränserna och uppskattningar av de faktiska SAR-värdena som uppnås i hjärnbarken hos mobiltelefonanvändare. Nuvarande standarder som används för att skydda allmänheten sätter SAR-gränsen till 2 W/kg för lokal exponering av huvud eller överkropp för radiofrekvenser i RF-området 100 kHz och 6 GHz.
Dossimuleringar har utförts med olika modeller av mänskliga huvuden för att bestämma RF-effektabsorption i olika vävnader i huvudet under allmän kommunikation med huvudet eller mobiltelefoner. Utöver mångfalden av modeller av mänskliga huvuden belyser dessa simuleringar betydande skillnader eller osäkerheter i uppskattningen av energi som absorberas av hjärnan baserat på anatomiska eller histologiska parametrar såsom skallens yttre eller inre form, tjocklek eller vattenhalt. Olika huvudvävnader varierar kraftigt beroende på ålder, kön eller individuella faktorer 56,57,58. Dessutom påverkar mobiltelefonegenskaper, såsom antennens interna placering och mobiltelefonens position i förhållande till användarens huvud, starkt nivån och fördelningen av SAR-värden i hjärnbarken 59,60. Med tanke på de rapporterade SAR-fördelningarna i den mänskliga hjärnbarken, som fastställdes från mobiltelefonmodeller som avger radiofrekvenser i 1800 MHz-området 58, 59, 60, verkar det dock som att SAR-nivåerna som uppnås i den mänskliga hörselbarken fortfarande är underapplicerade av hälften av den mänskliga hjärnbarken. Vår studie (SARACx 0,5 W/kg). Därför ifrågasätter inte våra data de nuvarande gränserna för SAR-värden som gäller för allmänheten.
Sammanfattningsvis visar vår studie att en enda exponering för LTE-1800 MHz, enbart på huvudet, stör de neuronala svaren hos kortikala neuroner på sensoriska stimuli. I överensstämmelse med tidigare karakteriseringar av effekterna av GSM-signalering tyder våra resultat på att effekterna av LTE-signalering på neuronal aktivitet varierar beroende på hälsostatus. Akut neuroinflammation sensibiliserar neuroner för LTE-1800 MHz, vilket resulterar i förändrad kortikal bearbetning av hörselstimuli.
Data samlades in vid 55 dagars ålder från hjärnbarken hos 31 vuxna Wistar-hanråttor som erhölls i Janvier-laboratoriet. Råttorna hölls i en anläggning med kontrollerad fuktighet (50–55 %) och temperatur (22–24 °C) med en ljus/mörkercykel på 12 timmar/12 timmar (ljuset tänds kl. 07:30) med fri tillgång till mat och vatten. Alla experiment utfördes i enlighet med de riktlinjer som fastställts av Europeiska gemenskapernas rådsdirektiv (2010/63/EU-rådets direktiv), vilka liknar de som beskrivs i Society for Neuroscience Guidelines for the Use of Animals in Neuroscience Research. Detta protokoll godkändes av etikkommittén Paris-Sud och Center (CEEA nr 59, projekt 2014–25, nationellt protokoll 03729.02) med hjälp av procedurer som validerats av denna kommitté 32–2011 och 34–2012.
Djuren vandes vid kolonikammare i minst 1 vecka före LPS-behandling och exponering (eller simulerad exponering) för LTE-EMF.
Tjugotvå råttor injicerades intraperitonealt (ip) med E. coli LPS (250 µg/kg, serotyp 0127:B8, SIGMA) utspädd med steril endotoxinfri isoton saltlösning 24 timmar före LTE- eller simulerad exponering (n per grupp). = 11). Hos 2 månader gamla Wistar-hanråttor producerar denna LPS-behandling ett neuroinflammatoriskt svar som kännetecknas av flera proinflammatoriska gener (tumörnekrosfaktor-alfa, interleukin 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) som uppreglerades 24 timmar efter LPS-injektion, inklusive en 4- respektive 12-faldig ökning av nivåerna av transkript som kodar för NOX2-enzymet respektive interleukin 1ß. Vid denna 24-timmars tidpunkt uppvisade kortikala mikroglia den typiska "täta" cellmorfologin som förväntas av LPS-utlöst proinflammatorisk aktivering av celler (Figur 1), vilket står i kontrast till LPS-utlöst aktivering av andra. Cellulär proinflammatorisk aktivering motsvarar 24, 61.
Exponering för LTE-EMF utfördes endast på huvudet med den experimentella uppställning som tidigare använts för att utvärdera effekten av GSM-EMF26. LTE-exponering utfördes 24 timmar efter LPS-injektion (11 djur) eller ingen LPS-behandling (5 djur). Djuren sövdes lätt med ketamin/xylazin (ketamin 80 mg/kg, ip; xylazin 10 mg/kg, ip) före exponering för att förhindra rörelse och för att säkerställa att djurets huvud var i loopantennen som avgav LTE-signalen. Reproducerbar plats nedan. Hälften av råttorna från samma bur fungerade som kontroller (11 skenexponerade djur, av 22 råttor förbehandlade med LPS): de placerades under loopantennen och LTE-signalens energi sattes till noll. Vikterna hos exponerade och skenexponerade djur var likartade (p = 0,558, oparat t-test, ns). Alla sövda djur placerades på en metallfri värmedyna för att bibehålla sin kroppstemperatur runt 37 °C under hela exponeringen. experiment. Precis som i tidigare experiment ställdes exponeringstiden in på 2 timmar. Efter exponering placerades djuret på en annan värmedyna i operationssalen. Samma exponeringsprocedur tillämpades på 10 friska råttor (obehandlade med LPS), varav hälften simulerades från samma bur (p = 0,694).
Exponeringssystemet liknade de system 25, 62 som beskrivits i tidigare studier, med radiofrekvensgeneratorn utbytt för att generera LTE istället för GSM-elektromagnetiska fält. Kortfattat anslöts en RF-generator (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Tyskland) som avgav ett elektromagnetiskt fält på LTE - 1800 MHz till en effektförstärkare (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, USA), en cirkulator (D3 1719-N, Sodhy, Frankrike), en tvåvägskopplare (CD D 1824-2, −30 dB, Sodhy, Frankrike) och en fyrvägs effektdelare (DC D 0922-4N, Sodhy, Frankrike), vilket möjliggjorde samtidig exponering av fyra djur. En effektmätare (N1921A, Agilent, USA) ansluten till en dubbelriktad kopplare möjliggjorde kontinuerlig mätning och övervakning av infallande och reflekterad effekt i enheten. Varje utgång var ansluten till en loopantenn (Sama-Sistemi srl; Roma), vilket möjliggör partiell exponering av djurets huvud. Loopantennen består av en tryckt krets med två metalllinjer (dielektrisk konstant εr = 4,6) graverade på ett isolerande epoxisubstrat. I ena änden består anordningen av en 1 mm bred tråd som bildar en ring placerad nära djurets huvud. Liksom i tidigare studier26,62 bestämdes den specifika absorptionshastigheten (SAR) numeriskt med hjälp av en numerisk råttmodell och en finita skillnadstidsdomän (FDTD)-metod63,64,65. De bestämdes också experimentellt i en homogen råttmodell med Luxtron-sonder för att mäta temperaturökning. I detta fall beräknas SAR i W/kg med hjälp av formeln: SAR = C ΔT/Δt, där C är värmekapaciteten i J/(kg K), ΔT, i °K och Δt Temperaturförändring, tid i sekunder. De numeriskt bestämda SAR-värdena jämfördes med experimentella SAR-värden som erhölls med hjälp av en homogen modell, särskilt i motsvarande råtthjärnregioner. Skillnaden mellan de numeriska SAR-mätningarna och de experimentellt detekterade SAR-värdena är mindre än 30 %.
Figur 2a visar SAR-fördelningen i råtthjärnan i råttmodellen, vilket matchar fördelningen vad gäller kroppsvikt och storlek hos råttorna som användes i vår studie. Hjärnans genomsnittliga SAR var 0,37 ± 0,23 W/kg (medelvärde ± SD). SAR-värdena är högst i det kortikala området strax under loopantennen. Den lokala SAR i ACx (SARACx) var 0,50 ± 0,08 W/kg (medelvärde ± SD) (Fig. 2b). Eftersom kroppsvikterna hos exponerade råttor är homogena och skillnaderna i huvudvävnadstjocklek är försumbara, förväntas den faktiska SAR för ACx eller andra kortikala områden vara mycket lika mellan ett exponerat djur och ett annat.
Vid slutet av exponeringen kompletterades djuren med ytterligare doser ketamin (20 mg/kg, ip) och xylazin (4 mg/kg, ip) tills inga reflexrörelser observerades efter nypning av baktassen. Ett lokalbedövningsmedel (Xylocain 2%) injicerades subkutant i huden och temporalismuskeln ovanför skallen, och djuren placerades på ett metallfritt värmesystem. Efter att djuret placerats i den stereotaxiska ramen utfördes en kraniotomi över vänster temporala cortex. Liksom i vår tidigare studie66, med början från övergången mellan parietal- och temporalbenen, var öppningen 9 mm bred och 5 mm hög. Dura ovanför ACx avlägsnades försiktigt under binokulär kontroll utan att skada blodkärlen. Vid slutet av proceduren konstruerades en bas i dental akrylcement för atraumatisk fixering av djurets huvud under inspelning. Placera den stereotaxiska ramen som stöder djuret i en akustisk dämpningskammare (IAC, modell AC1).
Data erhölls från flerenhetsinspelningar i den primära hörselbarken hos 20 råttor, inklusive 10 djur förbehandlade med LPS. Extracellulära inspelningar erhölls från en uppsättning av 16 volframelektroder (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) bestående av två rader med 8 elektroder placerade 1000 µm från varandra (350 µm mellan elektroderna i samma rad). En silvertråd (ø: 300 µm) för jordning infördes mellan tinningbenet och den kontralaterala dura. Den uppskattade platsen för den primära ACx är 4–7 mm posteriort om bregma och 3 mm ventralt om den supratemporala suturen. Råsignalen förstärktes 10 000 gånger (TDT Medusa) och bearbetades sedan av ett flerkanaligt datainsamlingssystem (RX5, TDT). Signaler som samlats in från varje elektrod filtrerades (610–10 000 Hz) för att extrahera flerenhetsaktivitet (MUA). Triggernivåer ställdes noggrant in för varje elektrod (av medförfattare blinda för exponerade eller skenexponerade tillstånd) för att välja den största aktionspotentialen från signalen. Online- och offline-inspektion av vågformerna visade att den MUA som samlades in här bestod av aktionspotentialer genererade av 3 till 6 neuroner nära elektroderna. I början av varje experiment ställde vi in ​​positionen för elektroduppsättningen så att två rader med åtta elektroder kunde sampla neuroner, från låg- till högfrekventa svar när de utfördes i rostral orientering.
Akustiska stimuli genererades i Matlab, överfördes till ett RP2.1-baserat ljudleveranssystem (TDT) och skickades till en Fostex-högtalare (FE87E). Högtalaren placerades 2 cm från råttans högra öra, på vilket avstånd högtalaren producerade ett platt frekvensspektrum (± 3 dB) mellan 140 Hz och 36 kHz. Högtalarkalibrering utfördes med hjälp av brus och rena toner inspelade med en Bruel och Kjaer-mikrofon 4133 kopplad till en förförstärkare B&K 2169 och digital inspelare Marantz PMD671. Det spektrala tidsreceptiva fältet (STRF) bestämdes med hjälp av 97 gammatonfrekvenser, som täckte 8 (0,14–36 kHz) oktaver, presenterade i slumpmässig ordning vid 75 dB SPL vid 4,15 Hz. Frekvensresponsområdet (FRA) bestäms med samma uppsättning toner och presenteras i slumpmässig ordning vid 2 Hz från 75 till 5 dB SPL. Varje frekvens presenteras åtta gånger vid varje intensitet.
Responser på naturliga stimuli utvärderades också. I tidigare studier observerade vi att råttvokaliseringar sällan framkallade starka svar i ACx, oavsett den neuronala optimala frekvensen (BF), medan xenograftspecifika (t.ex. sångfågel- eller marsvinsvokaliseringar) vanligtvis omfattar hela tonkartan. Därför testade vi kortikala svar på vokaliseringar hos marsvin (visslan som användes i 36 var kopplad till 1 sekunds stimuli, presenterade 25 gånger).

Vi kan även anpassa de passiva RF-komponenterna efter dina behov. Du kan gå in på anpassningssidan för att ange de specifikationer du behöver.
https://www.keenlion.com/customization/

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