Ştiri

Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com. Versiunea browserului pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS. Pentru o experiență optimă, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați modul de compatibilitate în Internet Explorer). Între timp, pentru a asigura asistență continuă, vom afișa site-ul fără stiluri și JavaScript.
Cererea tot mai mare de comunicații prin telefonie mobilă a dus la apariția continuă a tehnologiilor wireless (G), care pot avea impacturi diferite asupra sistemelor biologice. Pentru a testa acest lucru, am expus șobolanii la o expunere cu un singur cap la un câmp electromagnetic (EMF) 4G de evoluție pe termen lung (LTE) - 1800 MHz timp de 2 ore. Apoi, am evaluat efectul neuroinflamației acute induse de lipopolizaharide asupra acoperirii spațiale a microgliei și a activității neuronale electrofiziologice în cortexul auditiv primar (ACx). SAR mediu în ACx este de 0,5 W/kg. Înregistrările multi-unitate arată că LTE-EMF declanșează o reducere a intensității răspunsului la tonuri pure și vocalizări naturale, în timp ce o creștere a pragului acustic pentru frecvențele joase și medii. Imunohistochimia Iba1 nu a arătat modificări în zona acoperită de corpurile și procesele microgliale. La șobolanii sănătoși, aceeași expunere LTE nu a indus modificări ale intensității răspunsului și ale pragurilor acustice. Datele noastre demonstrează că neuroinflamația acută sensibilizează neuronii la LTE-EMF, rezultând o procesare alterată a stimulilor acustici în ACx.
Mediul electromagnetic al omenirii s-a schimbat dramatic în ultimele trei decenii datorită expansiunii continue a comunicațiilor fără fir. În prezent, peste două treimi din populație sunt considerați utilizatori de telefoane mobile (MP). Răspândirea la scară largă a acestei tehnologii a stârnit îngrijorări și dezbateri cu privire la efectele potențial periculoase ale câmpurilor electromagnetice pulsate (CEM) în gama de radiofrecvență (RF), care sunt emise de MP sau stații de bază și codifică comunicațiile. Această problemă de sănătate publică a inspirat o serie de studii experimentale dedicate investigării efectelor absorbției radiofrecvenței în țesuturile biologice1. Unele dintre aceste studii au căutat modificări ale activității rețelelor neuronale și ale proceselor cognitive, având în vedere proximitatea creierului de sursele de radiofrecvență sub utilizarea omniprezentă a MP. Multe studii raportate abordează efectele semnalelor modulate în impulsuri utilizate în sistemul global de comunicații mobile (GSM) de a doua generație (2G) sau în sistemele de acces multiplu prin diviziune de cod în bandă largă (WCDMA)/sistemele universale de telecomunicații mobile de a treia generație (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Se cunosc puține lucruri despre efectele semnalelor de radiofrecvență utilizate în serviciile mobile de a patra generație (4G), care se bazează pe o tehnologie complet digitală de protocol Internet numită tehnologie Long Term Evolution (LTE). Lansat în 2011, serviciul de telefonie mobilă LTE este așteptat să ajungă la 6,6 miliarde de abonați LTE la nivel global în ianuarie 2022 (GSMA: //gsacom.com). Comparativ cu sistemele GSM (2G) și WCDMA (3G) bazate pe scheme de modulație cu o singură purtătoare, LTE utilizează multiplexarea prin diviziune de frecvență ortogonală (OFDM) ca format de semnal de bază6. La nivel mondial, serviciile mobile LTE utilizează o gamă de benzi de frecvență diferite între 450 și 3700 MHz, inclusiv benzile de 900 și 1800 MHz utilizate și în GSM.
Capacitatea expunerii la RF de a afecta procesele biologice este determinată în mare măsură de rata specifică de absorbție (SAR) exprimată în W/kg, care măsoară energia absorbită în țesutul biologic. Efectele expunerii acute a capului timp de 30 de minute la semnale LTE de 2,573 GHz asupra activității rețelei neuronale globale au fost recent explorate la voluntari umani sănătoși. Folosind RMN funcțional în stare de repaus, s-a observat că expunerea la LTE poate induce fluctuații spontane lente de frecvență și modificări ale conectivității intra- sau interregionale, în timp ce nivelurile SAR de vârf spațiale, medii pe 10 g de țesut, au fost estimate a varia între 0,42 și 1,52 W/kg, conform subiectelor 7, 8, 9. Analiza EEG în condiții de expunere similare (durată de 30 de minute, nivel SAR de vârf estimat de 1,34 W/kg folosind un model reprezentativ al capului uman) a demonstrat o putere spectrală redusă și o coerență emisferică în benzile alfa și beta. Cu toate acestea, alte două studii bazate pe analiza EEG au constatat că 20 sau 30 de minute de expunere LTE a capului, cu niveluri SAR locale maxime stabilite la aproximativ 2 W/kg, fie nu au avut... efect detectabil11 sau a dus la scăderea puterii spectrale în banda alfa, în timp ce funcția cognitivă nu s-a modificat cu testul Stroop12. De asemenea, s-au constatat diferențe semnificative în rezultatele studiilor EEG sau cognitive care au analizat în mod specific efectele expunerii la câmpuri electromagnetice GSM sau UMTS. Se crede că acestea provin din variațiile în proiectarea metodei și a parametrilor experimentali, inclusiv tipul și modulația semnalului, intensitatea și durata expunerii sau din eterogenitatea subiecților umani în ceea ce privește vârsta, anatomia sau sexul.
Până în prezent, puține studii pe animale au fost utilizate pentru a determina modul în care expunerea la semnalizarea LTE afectează funcția creierului. Recent, s-a raportat că expunerea sistemică a șoarecilor în curs de dezvoltare, de la stadiul embrionar târziu până la înțărcare (30 min/zi, 5 zile/săptămână, cu un SAR mediu pe întregul corp de 0,5 sau 1 W/kg), a dus la alterarea comportamentelor motorii și apetitului la vârsta adultă 14. S-a constatat că expunerea sistemică repetată (2 ha pe zi timp de 6 săptămâni) la șobolanii adulți induce stres oxidativ și reduce amplitudinea potențialelor evocate vizuale obținute din nervul optic, cu un SAR maxim estimat la doar 10 mW/kg 15.
Pe lângă analiza la scări multiple, inclusiv la nivel celular și molecular, modelele la rozătoare pot fi utilizate pentru a studia efectele expunerii la RF în timpul bolilor, așa cum s-a concentrat anterior pe EMF GSM sau WCDMA/3G UMTS în contextul neuroinflamației acute. Studiile au arătat efectele convulsiilor, bolilor neurodegenerative sau glioamelor 16,17,18,19,20.
Rozătoarele injectate cu lipopolisaharide (LPS) reprezintă un model preclinic clasic de răspunsuri neuroinflamatorii acute asociate cu boli infecțioase benigne cauzate de virusuri sau bacterii, care afectează majoritatea populației în fiecare an. Această stare inflamatorie duce la o boală reversibilă și la un sindrom comportamental depresiv, caracterizat prin febră, pierderea poftei de mâncare și interacțiune socială redusă. Fagocitele rezidente ale SNC, cum ar fi microglia, sunt celule efectoare cheie ale acestui răspuns neuroinflamator. Tratamentul rozătoarelor cu LPS declanșează activarea microgliei, caracterizată prin remodelarea formei și a proceselor celulare ale acestora și modificări profunde ale profilului transcriptomului, inclusiv creșterea expresiei genelor care codifică citokine sau enzime proinflamatorii, care afectează rețelele neuronale (Activități 22, 23, 24).
Studiind efectele unei singure expuneri a capului timp de 2 ore la câmpuri electromagnetice GSM-1800 MHz la șobolanii tratați cu LPS, am descoperit că semnalizarea GSM declanșează răspunsuri celulare în cortexul cerebral, afectând expresia genelor, fosforilarea receptorilor de glutamat, activarea neuronală meta-evocată și morfologia microgliei în cortexul cerebral. Aceste efecte nu au fost detectate la șobolanii sănătoși care au primit aceeași expunere GSM, sugerând că starea neuroinflamatorie declanșată de LPS sensibilizează celulele SNC la semnalizarea GSM. Concentrându-ne pe cortexul auditiv (ACx) al șobolanilor tratați cu LPS, unde SAR local a fost în medie de 1,55 W/kg, am observat că expunerea la GSM a dus la o creștere a lungimii sau ramificării proceselor microgliale și la o scădere a răspunsurilor neuronale evocate de tonuri pure și stimulare naturală 28.
În studiul actual, ne-am propus să examinăm dacă expunerea doar la nivelul capului la semnale LTE-1800 MHz ar putea modifica, de asemenea, morfologia microglială și activitatea neuronală în ACx, reducând puterea expunerii cu două treimi. Arătăm aici că semnalizarea LTE nu a avut niciun efect asupra proceselor microgliale, dar a declanșat totuși o reducere semnificativă a activității corticale evocate de sunet în ACx la șobolanii tratați cu LPS cu o valoare SAR de 0,5 W/kg.
Având în vedere dovezile anterioare că expunerea la GSM-1800 MHz a modificat morfologia microglială în condiții proinflamatorii, am investigat acest efect după expunerea la semnalizarea LTE.
Șobolanii adulți au fost injectați cu LPS cu 24 de ore înainte de expunerea simulată doar la nivelul capului sau de expunerea la LTE-1800 MHz. După expunere, s-au stabilit răspunsuri neuroinflamatorii declanșate de LPS în cortexul cerebral, așa cum se arată prin creșterea reglajului genelor proinflamatorii și modificările morfologiei microgliei corticale (Figura 1). Puterea expusă de capul LTE a fost setată pentru a obține un nivel mediu SAR de 0,5 W/kg în ACx (Figura 2). Pentru a determina dacă microglia activată de LPS a fost receptivă la câmpurile electromagnetice LTE, am analizat secțiunile corticale colorate cu anti-Iba1 care au marcat selectiv aceste celule. După cum se arată în Figura 3a, în secțiunile ACx fixate la 3 până la 4 ore după expunerea simulată sau LTE, microglia arăta remarcabil de similară, prezentând o morfologie celulară „densă” provocată de tratamentul proinflamator cu LPS (Figura 1). În concordanță cu absența răspunsurilor morfologice, analiza cantitativă a imaginilor nu a relevat diferențe semnificative în ceea ce privește aria totală (test t nepereche, p = 0,308) sau aria (p = 0,196). și densitatea (p = 0,061) a imunoreactivității Iba1 atunci când se compară expunerea la corpuri celulare colorate cu Iba 1 la șobolanii LTE față de animalele expuse în mod simulat (Fig. 3b-d).
Efectele injectării intraperitoneale de LPS asupra morfologiei microgliei corticale. Vedere reprezentativă a microgliei într-o secțiune coronală a cortexului cerebral (regiunea dorsomedială) la 24 de ore după injectarea intraperitoneală de LPS sau vehicul (control). Celulele au fost colorate cu anticorpi anti-Iba1 așa cum s-a descris anterior. Tratamentul proinflamator cu LPS a dus la modificări ale morfologiei microgliei, inclusiv îngroșarea proximală și creșterea ramurilor secundare scurte ale proceselor celulare, rezultând un aspect „dens”. Bara de scală: 20 µm.
Analiza dozimetrică a ratei specifice de absorbție (SAR) în creierul de șobolan în timpul expunerii la LTE de 1800 MHz. Un model eterogen descris anterior de șobolan fantomă și antenă buclă62 a fost utilizat pentru a evalua SAR local în creier, cu o grilă cubică de 0,5 mm3. (a) Vedere globală a unui model de șobolan într-un cadru de expunere cu o antenă buclă deasupra capului și o pernă termică metalică (galbenă) sub corp. (b) Distribuția valorilor SAR în creierul adult la o rezoluție spațială de 0,5 mm3. Zona delimitată de conturul negru din secțiunea sagitală corespunde cortexului auditiv primar unde este analizată activitatea microglială și neuronală. Scara codificată prin culori a valorilor SAR se aplică tuturor simulărilor numerice prezentate în figură.
Microglie injectată cu LPS în cortexul auditiv de șobolan după expunerea la LTE sau Sham. (a) Vedere reprezentativă suprapusă a microgliei colorate cu anticorpi anti-Iba1 în secțiuni coronale ale cortexului auditiv de șobolan perfuzat cu LPS la 3 până la 4 ore după expunerea la Sham sau LTE (expunere). Bara de scală: 20 µm. (bd) Evaluarea morfometrică a microgliei la 3 până la 4 ore după sham (puncte deschise) sau expunerea la LTE (expuse, puncte negre). (b, c) Acoperire spațială (b) a markerului microgliei Iba1 și zonele corpurilor celulare Iba1-pozitive (c). Datele reprezintă zona de colorare anti-Iba1 normalizată la media animalelor expuse la Sham. (d) Numărul corpurilor celulare microgliale colorate cu anti-Iba1. Diferențele dintre animalele Sham (n = 5) și LTE (n = 6) nu au fost semnificative (p > 0,05, test t nepereche). Partea de sus și de jos a casetei, liniile superioare și inferioare reprezintă percentila 25-75 și respectiv percentila 5-95. Valoarea medie este marcată cu roșu în casetă.
Tabelul 1 prezintă un rezumat al numărului de animale și al înregistrărilor multi-unități obținute în cortexul auditiv primar a patru grupuri de șobolani (Sham, Expus, Sham-LPS, Expus-LPS). În rezultatele de mai jos, includem toate înregistrările care prezintă un câmp receptiv temporal spectral (STRF) semnificativ, adică răspunsuri evocate de ton cu cel puțin 6 deviații standard mai mari decât ratele de declanșare spontană (vezi Tabelul 1). Aplicând acest criteriu, am selectat 266 de înregistrări pentru grupul Sham, 273 de înregistrări pentru grupul Expus, 299 de înregistrări pentru grupul Sham-LPS și 295 de înregistrări pentru grupul Expus-LPS.
În paragrafele următoare, vom descrie mai întâi parametrii extrași din câmpul receptiv spectro-temporal (adică răspunsul la tonuri pure) și răspunsul la vocalizări specifice xenogene. Vom descrie apoi cuantificarea ariei de răspuns în frecvență obținută pentru fiecare grup. Având în vedere prezența „datelor imbricate”30 în designul nostru experimental, toate analizele statistice au fost efectuate pe baza numărului de poziții din matricea de electrozi (ultimul rând din Tabelul 1), dar toate efectele descrise mai jos s-au bazat și pe numărul de poziții din fiecare grup. Numărul total de înregistrări multi-unitate colectate (al treilea rând din Tabelul 1).
Figura 4a prezintă distribuția optimă a frecvenței (BF, provocând un răspuns maxim la 75 dB SPL) a neuronilor corticali obținuți în animalele tratate cu LPS, atât în ​​experimentul Sham, cât și în cele expuse. Intervalul de frecvență al BF în ambele grupuri a fost extins de la 1 kHz la 36 kHz. Analiza statistică a arătat că aceste distribuții au fost similare (chi-pătrat, p = 0,278), sugerând că comparațiile între cele două grupuri ar putea fi făcute fără o eroare de eșantionare.
Efectele expunerii la LTE asupra parametrilor cuantificați ai răspunsurilor corticale la animalele tratate cu LPS. (a) Distribuția BF în neuronii corticali ai animalelor tratate cu LPS expuse la LTE (negru) și expuse simulat la LTE (alb). Nu există nicio diferență între cele două distribuții. (bf) Efectul expunerii la LTE asupra parametrilor care cuantifică câmpul receptiv temporal spectral (STRF). Intensitatea răspunsului a fost redusă semnificativ (*p < 0,05, test t nepereche) atât în ​​STRF (intensitatea totală a răspunsului), cât și în frecvențele optime (b, c). Durata răspunsului, lățimea de bandă a răspunsului și constanta lățimii de bandă (dl). Atât intensitatea, cât și fiabilitatea temporală a răspunsurilor la vocalizări au fost reduse (g, h). Activitatea spontană nu a fost redusă semnificativ (i). (*p < 0,05, test t nepereche). (j, k) Efectele expunerii la LTE asupra pragurilor corticale. Pragurile medii au fost semnificativ mai mari la șobolanii expuși la LTE comparativ cu șobolanii expuși simulat. Acest efect este mai pronunțat la frecvențele joase și medii.
Figurile 4b-f prezintă distribuția parametrilor derivați din STRF pentru aceste animale (mediile indicate prin linii roșii). Efectele expunerii la LTE asupra animalelor tratate cu LPS par să indice o excitabilitate neuronală scăzută. În primul rând, intensitatea generală a răspunsului și răspunsurile au fost semnificativ mai mici la BF comparativ cu animalele Sham-LPS (Fig. 4b,c test t nepereche, p = 0,0017; și p = 0,0445). De asemenea, răspunsurile la sunetele de comunicare au scăzut atât în ​​ceea ce privește intensitatea răspunsului, cât și fiabilitatea inter-studii (Fig. 4g,h; test t nepereche, p = 0,043). Activitatea spontană a fost redusă, dar acest efect nu a fost semnificativ (Fig. 4i; p = 0,0745). Durata răspunsului, lățimea de bandă de reglare și latența răspunsului nu au fost afectate de expunerea la LTE la animalele tratate cu LPS (Fig. 4d-f), indicând faptul că selectivitatea în frecvență și precizia răspunsurilor de debut nu au fost afectate de expunerea la LTE la animalele tratate cu LPS.
În continuare, am evaluat dacă pragurile corticale pentru tonuri pure au fost modificate de expunerea la LTE. Din aria de răspuns în frecvență (FRA) obținută din fiecare înregistrare, am determinat pragurile auditive pentru fiecare frecvență și am mediat aceste praguri pentru ambele grupuri de animale. Figura 4j prezintă pragurile medii (± sem) de la 1,1 la 36 kHz la șobolanii tratați cu LPS. Compararea pragurilor auditive ale grupurilor Sham și Expuse a arătat o creștere substanțială a pragurilor la animalele expuse comparativ cu animalele Sham (Fig. 4j), un efect care a fost mai pronunțat la frecvențele joase și medii. Mai precis, la frecvențe joase (< 2,25 kHz), proporția neuronilor A1 cu prag ridicat a crescut, în timp ce proporția neuronilor cu prag scăzut și mediu a scăzut (chi-pătrat = 43,85; p < 0,0001; Fig. 4k, figura din stânga). Același efect a fost observat la frecvența medie (2,25 < Frecv(kHz) < 11): o proporție mai mare de înregistrări corticale cu praguri intermediare și o proporție mai mică de neuroni cu praguri scăzute comparativ cu grupul neexpus (Chi-Pătrat = 71,17; p < 0,001; Figura 4k, panoul din mijloc). De asemenea, a existat o diferență semnificativă în ceea ce privește pragul pentru neuronii de înaltă frecvență (≥ 11 kHz, p = 0,0059); proporția neuronilor cu prag scăzut a scăzut, iar proporția neuronilor cu prag mediu-înalt a crescut (chi-pătrat = 10,853; p = 0,04; Figura 4k, panoul din dreapta).
Figura 5a prezintă distribuția optimă de frecvență (BF, provocând răspuns maxim la 75 dB SPL) a neuronilor corticali obținuți la animale sănătoase pentru grupurile Sham și Expus. Analiza statistică a arătat că cele două distribuții au fost similare (chi-pătrat, p = 0,157), sugerând că comparațiile între cele două grupuri ar putea fi făcute fără o eroare de eșantionare.
Efectele expunerii la LTE asupra parametrilor cuantificați ai răspunsurilor corticale la animalele sănătoase. (a) Distribuția BF în neuronii corticali ai animalelor sănătoase expuse la LTE (albastru închis) și expuse simulat la LTE (albastru deschis). Nu există nicio diferență între cele două distribuții. (bf) Efectul expunerii la LTE asupra parametrilor care cuantifică câmpul receptiv temporal spectral (STRF). Nu a existat nicio modificare semnificativă a intensității răspunsului în cadrul STRF și al frecvențelor optime (b, c). Există o ușoară creștere a duratei răspunsului (d), dar nu s-a modificat lățimea de bandă a răspunsului și lățimea de bandă (e, f). Nici intensitatea, nici fiabilitatea temporală a răspunsurilor la vocalizări nu s-au modificat (g, h). Nu a existat nicio modificare semnificativă a activității spontane (i). (*p < 0,05 test t nepereche). (j, k) Efectele expunerii la LTE asupra pragurilor corticale. În medie, pragurile nu au fost modificate semnificativ la șobolanii expuși la LTE în comparație cu șobolanii expuși simulat, dar pragurile de frecvență mai mari au fost ușor mai mici la animalele expuse.
Figurile 5b-f prezintă diagrame de tip boxplot care reprezintă distribuția și media (linia roșie) parametrilor derivați din cele două seturi de STRF-uri. La animalele sănătoase, expunerea la LTE în sine a avut un efect redus asupra valorii medii a parametrilor STRF. Comparativ cu grupul Sham (casete albastru deschis vs. albastru închis pentru grupul expus), expunerea la LTE nu a modificat nici intensitatea totală a răspunsului, nici răspunsul BF (Fig. 5b,c; test t nepereche, p = 0,2176 și respectiv p = 0,8696). De asemenea, nu a existat niciun efect asupra lățimii de bandă spectrale și a latenței (p = 0,6764 și respectiv p = 0,7129), dar a existat o creștere semnificativă a duratei răspunsului (p = 0,047). De asemenea, nu a existat niciun efect asupra intensității răspunsurilor de vocalizare (Fig. 5g, p = 0,4375), fiabilității inter-studii a acestor răspunsuri (Fig. 5h, p = 0,3412) și activității spontane (Fig. 5).5i; p = 0,3256).
Figura 5j prezintă pragurile medii (± sem) de la 1,1 la 36 kHz la șobolanii sănătoși. Nu s-a evidențiat o diferență semnificativă între șobolanii expuși și cei din grupul de studiu simulat, cu excepția unui prag ușor mai mic la animalele expuse la frecvențe înalte (11–36 kHz) (test t nepereche, p = 0,0083). Acest efect reflectă faptul că la animalele expuse, în acest interval de frecvență (chi-pătrat = 18,312, p = 0,001; Fig. 5k), au existat puțin mai mulți neuroni cu praguri joase și medii (în timp ce cu praguri înalte au existat mai puțini neuroni).
În concluzie, atunci când animalele sănătoase au fost expuse la LTE, nu a existat niciun efect asupra intensității răspunsului la tonuri pure și sunete complexe, cum ar fi vocalizările. În plus, la animalele sănătoase, pragurile auditive corticale au fost similare între animalele expuse și cele tratate cu LPS, în timp ce la animalele tratate cu LPS, expunerea la LTE a dus la o creștere substanțială a pragurilor corticale, în special în intervalul de frecvență joasă și medie.
Studiul nostru a arătat că la șobolanii masculi adulți care prezintă neuroinflamație acută, expunerea la LTE-1800 MHz cu un SARACx local de 0,5 W/kg (vezi Metode) a dus la o reducere semnificativă a intensității răspunsurilor evocate de sunet în înregistrările primare ale comunicării. Aceste modificări ale activității neuronale au avut loc fără nicio modificare aparentă a extinderii domeniului spațial acoperit de procesele microgliale. Acest efect al LTE asupra intensității răspunsurilor evocate corticale nu a fost observat la șobolanii sănătoși. Având în vedere similaritatea distribuției optime a frecvenței între unitățile de înregistrare la animalele expuse la LTE și cele expuse simulat, diferențele de reactivitate neuronală pot fi atribuite efectelor biologice ale semnalelor LTE, mai degrabă decât erorii de eșantionare (Fig. 4a). În plus, absența modificărilor latenței răspunsului și a lățimii de bandă de acordare spectrală la șobolanii expuși la LTE sugerează că, cel mai probabil, aceste înregistrări au fost eșantionate din aceleași straturi corticale, care sunt situate în regiunile ACx primare, mai degrabă decât în ​​regiunile secundare.
Din câte știm, efectul semnalizării LTE asupra răspunsurilor neuronale nu a fost raportat anterior. Cu toate acestea, studiile anterioare au documentat capacitatea undei continue (CW) GSM-1800 MHz sau 1800 MHz de a modifica excitabilitatea neuronală, deși cu diferențe semnificative în funcție de abordarea experimentală. La scurt timp după expunerea la CW de 1800 MHz la un nivel SAR de 8,2 W/kg, înregistrările din ganglionii melcului au arătat praguri scăzute pentru declanșarea potențialelor de acțiune și a modulației neuronale. Pe de altă parte, activitatea de spiking și bursting în culturile neuronale primare derivate din creierul de șobolan a fost redusă prin expunerea la GSM-1800 MHz sau 1800 MHz CW timp de 15 minute la un SAR de 4,6 W/kg. Această inhibare a fost doar parțial reversibilă în decurs de 30 de minute de la expunere. Reducerea completă la tăcere a neuronilor a fost obținută la un SAR de 9,2 W/kg. Analiza doză-răspuns a arătat că GSM-1800 MHz a fost mai eficient decât CW de 1800 MHz în suprimarea activității burst. sugerând că răspunsurile neuronale depind de modularea semnalului RF.
În contextul nostru, răspunsurile corticale evocate au fost colectate in vivo la 3 până la 6 ore după încheierea expunerii de 2 ore doar la nivelul capului. Într-un studiu anterior, am investigat efectul GSM-1800 MHz la SARACx de 1,55 W/kg și nu am găsit niciun efect semnificativ asupra răspunsurilor corticale evocate de sunet la șobolanii sănătoși. Aici, singurul efect semnificativ evocat la șobolanii sănătoși prin expunerea la LTE-1800 la 0,5 W/kg SARACx a fost o ușoară creștere a duratei răspunsului la prezentarea tonurilor pure. Acest efect este dificil de explicat deoarece nu este însoțit de o creștere a intensității răspunsului, ceea ce sugerează că această durată mai lungă a răspunsului apare cu același număr total de potențiale de acțiune declanșate de neuronii corticali. O explicație ar putea fi că expunerea la LTE poate reduce activitatea unor interneuroni inhibitori, deoarece s-a documentat că în ACx primar, inhibarea feedforward controlează durata răspunsurilor celulelor piramidale declanșate de inputul talamic excitator33,34, 35, 36, 37.
În schimb, la șobolanii supuși neuroinflamației declanșate de LPS, expunerea la LTE nu a avut niciun efect asupra duratei descărcărilor neuronale evocate de sunet, dar au fost detectate efecte semnificative asupra intensității răspunsurilor evocate. De fapt, comparativ cu răspunsurile neuronale înregistrate la șobolanii expuși la LPS în mod simulat, neuronii de la șobolanii tratați cu LPS și expuși la LTE au prezentat o reducere a intensității răspunsurilor lor, efect observat atât la prezentarea tonurilor pure, cât și a vocalizărilor naturale. Reducerea intensității răspunsului la tonurile pure a avut loc fără o îngustare a lățimii de bandă de acordare spectrală de 75 dB și, deoarece a avut loc la toate intensitățile sunetului, a dus la o creștere a pragurilor acustice ale neuronilor corticali la frecvențe joase și medii.
Reducerea intensității răspunsului evocat a indicat că efectul semnalizării LTE la SARACx de 0,5 W/kg la animalele tratate cu LPS a fost similar cu cel al GSM-1800 MHz aplicat la SARACx de trei ori mai mare (1,55 W/kg)28. În ceea ce privește semnalizarea GSM, expunerea capului la LTE-1800 MHz poate reduce excitabilitatea neuronală la neuronii ACx de șobolan supuși neuroinflamației declanșate de LPS. În conformitate cu această ipoteză, am observat, de asemenea, o tendință către scăderea fiabilității studiilor privind răspunsurile neuronale la vocalizare (Fig. 4h) și scăderea activității spontane (Fig. 4i). Cu toate acestea, a fost dificil de determinat in vivo dacă semnalizarea LTE reduce excitabilitatea intrinsecă neuronală sau reduce inputul sinaptic, controlând astfel răspunsurile neuronale în ACx.
În primul rând, aceste răspunsuri mai slabe se pot datora excitabilității intrinseci reduse a celulelor corticale după expunerea la LTE 1800 MHz. Susținând această idee, GSM-1800 MHz și 1800 MHz-CW au redus activitatea în burste atunci când au fost aplicate direct pe culturi primare de neuroni corticali de șobolan cu niveluri SAR de 3,2 W/kg și, respectiv, 4,6 W/kg, dar a fost necesar un nivel SAR prag pentru a reduce semnificativ activitatea în burste. Susținând reducerea excitabilității intrinseci, am observat, de asemenea, rate mai mici de declanșare spontană la animalele expuse decât la animalele expuse simulat.
În al doilea rând, expunerea la LTE poate afecta și transmisia sinaptică de la sinapsele talamo-corticale sau cortico-corticale. Numeroase înregistrări arată acum că, în cortexul auditiv, lățimea acordării spectrale nu este determinată exclusiv de proiecțiile talamice aferente, ci și că conexiunile intracorticale conferă un input spectral suplimentar situsurilor corticale39,40. În experimentele noastre, faptul că STRF cortical a prezentat lățimi de bandă similare la animalele expuse și la cele expuse simulat a sugerat indirect că efectele expunerii la LTE nu au fost efecte asupra conectivității cortico-corticale. Acest lucru sugerează, de asemenea, că o conectivitate mai mare în alte regiuni corticale expuse la SAR decât cea măsurată în ACx (Fig. 2) ar putea să nu fie responsabilă pentru răspunsurile modificate raportate aici.
Aici, o proporție mai mare de înregistrări corticale expuse la LPS au arătat praguri ridicate în comparație cu animalele expuse la LPS în mod simulat. Având în vedere că s-a propus că pragul acustic cortical este controlat în principal de puterea sinapsei talamo-corticale39,40, se poate suspecta că transmiterea talamo-corticală este parțial redusă prin expunere, fie la nivel presinaptic (eliberare redusă de glutamat), fie la nivel postsinaptic (număr sau afinitate redusă a receptorilor).
Similar efectelor GSM-1800 MHz, răspunsurile neuronale alterate induse de LTE au apărut în contextul neuroinflamației declanșate de LPS, caracterizată prin răspunsuri microgliale. Dovezile actuale sugerează că microglia influențează puternic activitatea rețelelor neuronale în creierul normal și patologic41,42,43. Capacitatea lor de a modula neurotransmisia depinde nu numai de producerea de compuși pe care îi produc și care pot sau pot limita neurotransmisia, ci și de motilitatea ridicată a proceselor lor celulare. În cortexul cerebral, atât activitatea crescută, cât și cea scăzută a rețelelor neuronale declanșează expansiunea rapidă a domeniului spațial microglial datorită creșterii proceselor microgliale44,45. În special, proeminențele microgliale sunt recrutate în apropierea sinapselor talamocorticale activate și pot inhiba activitatea sinapselor excitatorii prin mecanisme care implică producția locală de adenozină mediată de microglie.
La șobolanii tratați cu LPS supuși la GSM-1800 MHz cu SARACx la 1,55 W/kg, a apărut o scădere a activității neuronilor ACx odată cu creșterea proceselor microgliale marcată de zone semnificative colorate cu Iba1 în creșterea ACx28. Această observație sugerează că remodelarea microglială declanșată de expunerea la GSM poate contribui activ la reducerea indusă de GSM a răspunsurilor neuronale evocate de sunet. Studiul nostru actual contrazice această ipoteză în contextul expunerii capului la LTE cu SARACx limitat la 0,5 W/kg, deoarece nu am găsit nicio creștere a domeniului spațial acoperit de procesele microgliale. Cu toate acestea, acest lucru nu exclude niciun efect al semnalizării LTE asupra microgliei activate de LPS, care la rândul său poate afecta activitatea neuronală. Sunt necesare studii suplimentare pentru a răspunde la această întrebare și pentru a determina mecanismele prin care neuroinflamația acută modifică răspunsurile neuronale la semnalizarea LTE.
Din câte știm, efectul semnalelor LTE asupra procesării auditive nu a fost studiat anterior. Studiile noastre anterioare 26,28 și studiul actual au arătat că, în contextul inflamației acute, expunerea doar a capului la GSM-1800 MHz sau LTE-1800 MHz a dus la modificări funcționale ale răspunsurilor neuronale în ACx, așa cum o demonstrează creșterea pragului auditiv. Din cel puțin două motive principale, funcția cohleară nu ar trebui să fie afectată de expunerea noastră la LTE. În primul rând, așa cum se arată în studiul de dozimetrie prezentat în Figura 2, cele mai ridicate niveluri de SAR (aproape de 1 W/kg) sunt localizate în cortexul dorsomedial (sub antenă) și scad substanțial pe măsură ce cineva se mișcă mai lateral și mai lateral. Partea ventrală a capului. Se poate estima la aproximativ 0,1 W/kg la nivelul pavilionului șobolanului (sub canalul auditiv). În al doilea rând, când urechile de cobai au fost expuse timp de 2 luni la GSM 900 MHz (5 zile/săptămână, 1 oră/zi, SAR între 1 și 4 W/kg), Nu au existat modificări detectabile ale magnitudinii pragurilor otoacustice ale produsului de distorsiune pentru răspunsurile de emisie și auditive ale trunchiului cerebral 47. În plus, expunerea repetată a capului la GSM 900 sau 1800 MHz la un SAR local de 2 W/kg nu a afectat funcția celulelor ciliate externe cohleare la șobolanii sănătoși 48,49. Aceste rezultate reflectă datele obținute la oameni, unde investigațiile au arătat că expunerea de 10 până la 30 de minute la câmpuri electromagnetice de la telefoanele mobile GSM nu are un efect consistent asupra procesării auditive, așa cum a fost evaluată la nivel cohlear50,51,52 sau al trunchiului cerebral53,54.
În studiul nostru, modificările activității neuronale declanșate de LTE au fost observate in vivo la 3 până la 6 ore după încheierea expunerii. Într-un studiu anterior asupra părții dorsomediale a cortexului, mai multe efecte induse de GSM-1800 MHz observate la 24 de ore după expunere nu au mai fost detectabile la 72 de ore după expunere. Acesta este cazul expansiunii proceselor microgliale, reglarea în jos a genei IL-1ß și modificarea post-translațională a receptorilor AMPA. Având în vedere că cortexul auditiv are o valoare SAR mai mică (0,5 W/kg) decât regiunea dorsomedială (2,94 W/kg26), modificările activității neuronale raportate aici par a fi tranzitorii.
Datele noastre ar trebui să ia în considerare limitele SAR calificate și estimările valorilor SAR reale obținute în cortexul cerebral al utilizatorilor de telefoane mobile. Standardele actuale utilizate pentru protejarea publicului stabilesc limita SAR la 2 W/kg pentru expunerea localizată a capului sau trunchiului la frecvențe radio în intervalul RF de 100 kHz și 6 GHz.
Simulări de doză au fost efectuate folosind diferite modele de cap uman pentru a determina absorbția puterii RF în diferite țesuturi ale capului în timpul comunicării generale cu capul sau telefonul mobil. Pe lângă diversitatea modelelor de cap uman, aceste simulări evidențiază diferențe sau incertitudini semnificative în estimarea energiei absorbite de creier pe baza unor parametri anatomici sau histologici, cum ar fi forma externă sau internă a craniului, grosimea sau conținutul de apă. Diferitele țesuturi ale capului variază foarte mult în funcție de vârstă, sex sau individ 56,57,58. În plus, caracteristicile telefoanelor mobile, cum ar fi amplasarea internă a antenei și poziția telefonului mobil în raport cu capul utilizatorului, influențează puternic nivelul și distribuția valorilor SAR în cortexul cerebral 59,60. Cu toate acestea, având în vedere distribuțiile SAR raportate în cortexul cerebral uman, care au fost stabilite din modelele de telefoane mobile care emit frecvențe radio în intervalul de 1800 MHz 58, 59, 60, se pare că nivelurile SAR atinse în cortexul auditiv uman sunt încă subaplicate la jumătate din cortexul cerebral uman. Studiul nostru (SARACx 0.5 W/kg). Prin urmare, datele noastre nu contestă limitele actuale ale valorilor SAR aplicabile publicului.
În concluzie, studiul nostru arată că o singură expunere la LTE-1800 MHz, doar la nivelul capului, interferează cu răspunsurile neuronale ale neuronilor corticali la stimulii senzoriali. În concordanță cu caracterizările anterioare ale efectelor semnalizării GSM, rezultatele noastre sugerează că efectele semnalizării LTE asupra activității neuronale variază în funcție de starea de sănătate. Neuroinflamația acută sensibilizează neuronii la LTE-1800 MHz, rezultând o alterare a procesării corticale a stimulilor auditivi.
Datele au fost colectate la vârsta de 55 de zile din cortexul cerebral a 31 de șobolani Wistar masculi adulți, obținuți în laboratorul Janvier. Șobolanii au fost adăpostiți într-o unitate cu umiditate controlată (50-55%) și temperatură (22-24 °C), cu un ciclu lumină/întuneric de 12 h/12 ​​h (lumini aprinse la 7:30 dimineața), cu acces liber la hrană și apă. Toate experimentele au fost efectuate în conformitate cu liniile directoare stabilite de Directiva Consiliului Comunităților Europene (Directiva Consiliului 2010/63/UE), care sunt similare cu cele descrise în Ghidul Societății pentru Neuroștiințe privind utilizarea animalelor în cercetarea în neuroștiințe. Acest protocol a fost aprobat de Comitetul de Etică Paris-Sud și Centru (CEEA N°59, Proiect 2014-25, Protocol Național 03729.02) utilizând proceduri validate de acest comitet 32-2011 și 34-2012.
Animalele au fost obișnuite cu camerele de colonie timp de cel puțin o săptămână înainte de tratamentul cu LPS și expunerea (sau expunerea simulată) la LTE-EMF.
Douăzeci și doi de șobolani au fost injectați intraperitoneal (ip) cu LPS din E. coli (250 µg/kg, serotip 0127:B8, SIGMA) diluat cu soluție salină izotonică sterilă fără endotoxine, cu 24 de ore înainte de expunerea la LTE sau la expunerea simulată (n per grup). = 11). La șobolanii masculi Wistar în vârstă de 2 luni, acest tratament cu LPS produce un răspuns neuroinflamator marcat în cortexul cerebral de mai multe gene proinflamatorii (factorul de necroză tumorală-alfa, interleukina 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) care au fost suprareglate la 24 de ore după injectarea cu LPS, inclusiv o creștere de 4 și 12 ori a nivelurilor de transcrieri care codifică enzima NOX2 și respectiv interleukina 1ß. La acest moment de 24 de ore, microglia corticală a prezentat morfologia celulară „densă” tipică așteptată de activarea proinflamatorie a celulelor declanșată de LPS (Figura 1), ceea ce este în contrast cu activarea declanșată de LPS de către alții. Activarea proinflamatorie celulară corespunde cu 24, 61.
Expunerea doar a capului la câmpuri electromagnetice LTE a fost efectuată utilizând configurația experimentală utilizată anterior pentru a evalua efectul câmpurilor electromagnetice GSM26. Expunerea LTE a fost efectuată la 24 de ore după injectarea cu LPS (11 animale) sau fără tratament cu LPS (5 animale). Animalele au fost ușor anesteziate cu ketamină/xilazină (ketamină 80 mg/kg, ip; xilazină 10 mg/kg, ip) înainte de expunere pentru a preveni mișcarea și pentru a se asigura că animalul avea capul în antena buclă care emitea semnalul LTE. Locația reproductibilă de mai jos. Jumătate dintre șobolanii din aceeași cușcă au servit drept grup de control (11 animale expuse simulat, din 22 de șobolani pretratați cu LPS): aceștia au fost plasați sub antena buclă, iar energia semnalului LTE a fost setată la zero. Greutățile animalelor expuse și ale celor expuse simulat au fost similare (p = 0,558, test t nepereche, ns). Toate animalele anesteziate au fost plasate pe o pernă încălzitoare fără metal pentru a menține temperatura corpului în jurul valorii de 37°C pe tot parcursul... experiment. Ca și în experimentele anterioare, timpul de expunere a fost stabilit la 2 ore. După expunere, animalul a fost plasat pe o altă pernă încălzitoare în sala de operație. Aceeași procedură de expunere a fost aplicată la 10 șobolani sănătoși (netratați cu LPS), dintre care jumătate au fost expuși simulat din aceeași cușcă (p = 0,694).
Sistemul de expunere a fost similar cu sistemele 25, 62 descrise în studiile anterioare, generatorul de radiofrecvență fiind înlocuit pentru a genera câmpuri electromagnetice LTE în loc de câmpuri GSM. Pe scurt, un generator RF (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Germania) care emitea un câmp electromagnetic LTE - 1800 MHz a fost conectat la un amplificator de putere (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, SUA), un circulator (D3 1719-N, Sodhy, Franța), un cuplor cu două căi (CD D 1824-2, − 30 dB, Sodhy, Franța) și un divizor de putere cu patru căi (DC D 0922-4N, Sodhy, Franța), permițând expunerea simultană a patru animale. Un contor de putere (N1921A, Agilent, SUA) conectat la un cuplor bidirecțional a permis măsurarea și monitorizarea continuă a puterii incidente și reflectate în cadrul dispozitivului. Fiecare ieșire a fost conectată la o antenă buclă (Sama-Sistemi srl); Roma), permițând expunerea parțială a capului animalului. Antena buclă constă dintr-un circuit imprimat cu două linii metalice (constantă dielectrică εr = 4,6) gravate pe un substrat epoxidic izolator. La un capăt, dispozitivul constă dintr-un fir cu lățimea de 1 mm, care formează un inel plasat aproape de capul animalului. Ca și în studiile anterioare26,62, rata specifică de absorbție (SAR) a fost determinată numeric folosind un model numeric de șobolan și o metodă de diferență finită în domeniul timpului (FDTD)63,64,65. De asemenea, au fost determinate experimental într-un model omogen de șobolan folosind sonde Luxtron pentru a măsura creșterea temperaturii. În acest caz, SAR în W/kg se calculează folosind formula: SAR = C ΔT/Δt, unde C este capacitatea calorică în J/(kg K), ΔT, în °K și Δt, schimbarea temperaturii, timpul în secunde. Valorile SAR determinate numeric au fost comparate cu valorile SAR experimentale obținute folosind un model omogen, în special în regiuni echivalente ale creierului de șobolan. Diferența dintre măsurătorile numerice SAR și valorile SAR detectate experimental este mai mică de 30%.
Figura 2a prezintă distribuția SAR în creierul șobolanului în modelul de șobolan, care corespunde cu distribuția în ceea ce privește greutatea corporală și dimensiunea șobolanilor utilizați în studiul nostru. SAR mediu la nivelul creierului a fost de 0,37 ± 0,23 W/kg (medie ± SD). Valorile SAR sunt cele mai mari în zona corticală imediat sub antena buclă. SAR local în ACx (SARACx) a fost de 0,50 ± 0,08 W/kg (medie ± SD) (Fig. 2b). Deoarece greutățile corporale ale șobolanilor expuși sunt omogene, iar diferențele de grosime a țesutului capului sunt neglijabile, se așteaptă ca SAR real al ACx sau al altor zone corticale să fie foarte similar între un animal expus și altul.
La sfârșitul expunerii, animalelor li s-au administrat doze suplimentare de ketamină (20 mg/kg, ip) și xilazină (4 mg/kg, ip) până când nu s-au mai observat mișcări reflexe după prinderea labei posterioare. Un anestezic local (Xilocaină 2%) a fost injectat subcutanat în piele și în mușchiul temporal deasupra craniului, iar animalele au fost plasate pe un sistem de încălzire fără metal. După plasarea animalului în cadrul stereotaxic, s-a efectuat o craniotomie peste cortexul temporal stâng. Ca și în studiul nostru anterior66, pornind de la joncțiunea oaselor parietale și temporale, deschiderea avea o lățime de 9 mm și o înălțime de 5 mm. Dura dura de deasupra cortexului acrilic a fost îndepărtată cu grijă sub control binocular, fără a deteriora vasele de sânge. La sfârșitul procedurii, s-a construit o bază din ciment acrilic dentar pentru fixarea atraumatică a capului animalului în timpul înregistrării. Plasați cadrul stereotaxic care susține animalul într-o cameră de atenuare acustică (IAC, model AC1).
Datele au fost obținute din înregistrări multi-unitare în cortexul auditiv primar la 20 de șobolani, inclusiv 10 animale pretratate cu LPS. Înregistrările extracelulare au fost obținute dintr-o matrice de 16 electrozi de tungsten (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) constând din două rânduri de câte 8 electrozi distanțați la 1000 µm (350 µm între electrozii din același rând). Un fir de argint (ø: 300 µm) pentru împământare a fost introdus între osul temporal și dura contralaterală. Locația estimată a ACx primar este la 4-7 mm posterior față de bregma și 3 mm ventral față de sutura supratemporală. Semnalul brut a fost amplificat de 10.000 de ori (TDT Medusa) și apoi procesat de un sistem de achiziție de date multicanal (RX5, TDT). Semnalele colectate de la fiecare electrod au fost filtrate (610–10.000 Hz) pentru a extrage activitatea multi-unitară (MUA). Nivelurile de declanșare au fost setate cu atenție pentru fiecare electrod (de către coautori). orbiți la stările expuse sau simulate) pentru a selecta cel mai mare potențial de acțiune din semnal. Inspecția online și offline a formelor de undă a arătat că MUA colectat aici a constat în potențiale de acțiune generate de 3 până la 6 neuroni în apropierea electrozilor. La începutul fiecărui experiment, am setat poziția matricei de electrozi astfel încât două rânduri de opt electrozi să poată eșantiona neuroni, de la răspunsuri de joasă frecvență la înaltă frecvență atunci când au fost efectuate în orientare rostrală.
Stimulii acustici au fost generați în Matlab, transmiși către un sistem de livrare a sunetului (TDT) bazat pe RP2.1 și trimiși către un difuzor Fostex (FE87E). Difuzorul a fost plasat la 2 cm de urechea dreaptă a șobolanului, distanță la care difuzorul a produs un spectru de frecvență plat (± 3 dB) între 140 Hz și 36 kHz. Calibrarea difuzorului a fost efectuată utilizând zgomot și tonuri pure înregistrate cu un microfon Bruel and Kjaer 4133 cuplat la un preamplificator B&K 2169 și un înregistrator digital Marantz PMD671. Câmpul Receptiv Spectral Temporal (STRF) a fost determinat utilizând 97 de frecvențe de tonuri gamma, acoperind 8 octave (0,14–36 kHz), prezentate în ordine aleatorie la 75 dB SPL la 4,15 Hz. Zona de răspuns în frecvență (FRA) este determinată utilizând același set de tonuri și prezentată în ordine aleatorie la 2 Hz de la 75 la 5 dB SPL. Fiecare frecvență este prezentată de opt ori la fiecare intensitate.
Au fost evaluate și răspunsurile la stimulii naturali. În studiile anterioare, am observat că vocalizările de șobolan rareori au provocat răspunsuri puternice în ACx, indiferent de frecvența optimă neuronală (BF), în timp ce vocalizările specifice xenogrefei (de exemplu, vocalizările păsărilor cântătoare sau ale cobailor) au de obicei o hartă tonală completă. Prin urmare, am testat răspunsurile corticale la vocalizări la cobai (fluierul folosit în 36 de cazuri a fost conectat la 1 secundă de stimuli, prezentați de 25 de ori).

De asemenea, putem personaliza componentele pasive rf în funcție de cerințele dumneavoastră. Puteți accesa pagina de personalizare pentru a furniza specificațiile de care aveți nevoie.
https://www.keenlion.com/customization/

Emali:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com