Новости

Благодарим вас за посещение Nature.com. Версия браузера, которую вы используете, имеет ограниченную поддержку CSS. Для оптимальной работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). А пока, чтобы обеспечить продолжение поддержки, мы будем отображать сайт без стилей и JavaScript.
Постоянно растущий спрос на мобильную телефонную связь привел к постоянному появлению беспроводных технологий (G), которые могут оказывать различное воздействие на биологические системы. Чтобы проверить это, мы подвергали крыс длительному воздействию 4G на одну голову. эволюция (LTE) - электромагнитное поле (ЭМП) 1800 МГц в течение 2 часов. Затем мы оценили влияние острого нейровоспаления, вызванного липополисахаридами, на пространственный охват микроглии и электрофизиологическую активность нейронов в первичной слуховой коре (ACx). Средний SAR в ACx составляет 0,5 Вт/кг. Многоединичные записи показывают, что LTE-EMF вызывает снижение интенсивности ответа на чистые тона и естественные вокализации, одновременно увеличивая акустический порог для низких и средних частот. Иммуногистохимия Iba1 не выявила изменений. в области, покрытой микроглиальными телами и отростками. У здоровых крыс такое же воздействие ЛТЕ не вызывало изменений интенсивности реакции и акустических порогов. Наши данные показывают, что острое нейровоспаление повышает чувствительность нейронов к ЛТЕ-ЭМП, что приводит к изменению обработки акустических стимулов у ACx.
Электромагнитная среда человечества кардинально изменилась за последние три десятилетия из-за постоянного расширения беспроводной связи. В настоящее время более двух третей населения считаются пользователями мобильных телефонов (МП). Масштабное распространение этой технологии привело к вызвала обеспокоенность и споры о потенциально опасном воздействии импульсных электромагнитных полей (ЭМП) радиочастотного (РЧ) диапазона, которые излучаются МП или базовыми станциями и кодируют сообщения. Эта проблема общественного здравоохранения вдохновила ряд экспериментальных исследований, посвященных изучение эффектов поглощения радиочастот в биологических тканях. 1. Некоторые из этих исследований были направлены на поиск изменений в активности нейронных сетей и когнитивных процессах, учитывая близость мозга к источникам радиочастот при повсеместном использовании МП. Многие опубликованные исследования посвящены воздействию пульса. модулированные сигналы, используемые в глобальной системе мобильной связи второго поколения (2G) или широкополосном множественном доступе с кодовым разделением каналов (WCDMA)/универсальных системах мобильной связи третьего поколения (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Мало что известно. о влиянии радиочастотных сигналов, используемых в мобильных услугах четвертого поколения (4G), которые основаны на полностью цифровой технологии интернет-протокола, называемой технологией Long Term Evolution (LTE). Ожидается, что запущенная в 2011 году услуга мобильных телефонов LTE охватит 6,6 миллиардов человек по всему миру. Абоненты LTE в январе 2022 г. (GSMA: //gsacom.com). По сравнению с системами GSM (2G) и WCDMA (3G), основанными на схемах модуляции с одной несущей, LTE использует мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM) в качестве основного формата сигнала6. Во всем мире мобильные службы LTE используют диапазон различных частотных диапазонов от 450 до 3700 МГц, включая диапазоны 900 и 1800 МГц, также используемые в GSM.
Способность радиочастотного воздействия влиять на биологические процессы во многом определяется удельной скоростью поглощения (SAR), выраженной в Вт/кг, которая измеряет энергию, поглощенную биологической тканью. Влияние острого 30-минутного воздействия на голову сигналов LTE на частоте 2,573 ГГц на глобальную активность нейронной сети недавно исследовали на здоровых добровольцах. С помощью фМРТ в состоянии покоя было замечено, что воздействие LTE может вызывать спонтанные медленные колебания частоты и изменения во внутри- или межрегиональных связях, в то время как пространственные пиковые уровни SAR в среднем превышают 10 г По оценкам, мощность ткани варьировалась от 0,42 до 1,52 Вт/кг в соответствии с темами 7, 8, 9. Анализ ЭЭГ при аналогичных условиях воздействия (продолжительность 30 минут, расчетный пиковый уровень SAR 1,34 Вт/кг с использованием репрезентативной модели головы человека) продемонстрировал снижение спектральной мощности и когерентности полушарий в альфа- и бета-диапазонах. Однако два других исследования, основанные на анализе ЭЭГ, показали, что 20 или 30 минут воздействия LTE на голову с максимальными локальными уровнями SAR, установленными на уровне около 2 Вт/кг, не имели заметного Эффект11 или приводил к снижению спектральной мощности в альфа-диапазоне, в то время как когнитивные функции не изменились в функции, оцененной с помощью теста Струпа 12. Значительные различия были также обнаружены в результатах ЭЭГ или когнитивных исследований, специально рассматривающих эффекты воздействия ЭМП GSM или UMTS. .Считается, что они возникают из-за различий в конструкции метода и экспериментальных параметрах, включая тип и модуляцию сигнала, интенсивность и продолжительность воздействия, или из-за гетерогенности людей по возрасту, анатомии или полу.
До сих пор было проведено лишь несколько исследований на животных, чтобы определить, как воздействие передачи сигналов LTE влияет на функцию мозга. Недавно сообщалось, что системное воздействие на развивающихся мышей от поздней эмбриональной стадии до отъема от груди (30 минут в день, 5 дней в неделю, с средний SAR для всего тела 0,5 или 1 Вт/кг) приводил к изменению двигательного поведения и аппетита во взрослом возрасте 14. Было обнаружено, что повторное системное воздействие (2 га в день в течение 6 недель) у взрослых крыс вызывает окислительный стресс и снижает амплитуду зрительные вызванные потенциалы, полученные от зрительного нерва, с максимальным SAR, оцениваемым всего в 10 мВт/кг15.
В дополнение к анализу на нескольких уровнях, включая клеточный и молекулярный уровни, модели грызунов могут использоваться для изучения эффектов радиочастотного воздействия во время заболевания, как ранее было сосредоточено на ЭМП GSM или WCDMA/3G UMTS в контексте острого нейровоспаления. Исследования показали влияние судорог, нейродегенеративных заболеваний или глиом 16,17,18,19,20.
Грызунам, которым вводили липополисахарид (ЛПС), представляют собой классическую доклиническую модель острых нейровоспалительных реакций, связанных с доброкачественными инфекционными заболеваниями, вызываемыми вирусами или бактериями, которые ежегодно поражают большинство населения. Это воспалительное состояние приводит к обратимому заболеванию и депрессивному поведенческому синдрому, характеризующемуся лихорадка, потеря аппетита и снижение социального взаимодействия. Резидентные фагоциты ЦНС, такие как микроглия, являются ключевыми эффекторными клетками этой нейровоспалительной реакции. Лечение грызунов ЛПС вызывает активацию микроглии, характеризующуюся ремоделированием ее формы и клеточных процессов, а также глубокими изменениями в транскриптоме. профиль, включая активацию генов, кодирующих провоспалительные цитокины или ферменты, которые влияют на нейронные сети. Действия 22, 23, 24.
Изучая эффекты однократного двухчасового воздействия на голову ЭМП GSM-1800 МГц у крыс, получавших ЛПС, мы обнаружили, что передача сигналов GSM запускает клеточные реакции в коре головного мозга, влияя на экспрессию генов, фосфорилирование глутаматных рецепторов, метавызванное возбуждение нейронов и морфология микроглии в коре головного мозга. Эти эффекты не были обнаружены у здоровых крыс, получивших такое же воздействие GSM, что позволяет предположить, что нейровоспалительное состояние, вызванное ЛПС, повышает чувствительность клеток ЦНС к передаче сигналов GSM. Сосредоточение внимания на слуховой коре (ACx) обработанных ЛПС На крысах, у которых локальная SAR составляла в среднем 1,55 Вт/кг, мы наблюдали, что воздействие GSM приводило к увеличению длины или разветвления микроглиальных отростков и снижению нейрональных ответов, вызываемых чистыми тонами и естественной стимуляцией 28.
В текущем исследовании мы стремились выяснить, может ли воздействие только на голову сигналов LTE-1800 МГц также изменить морфологию микроглии и активность нейронов в ACx, снижая мощность воздействия на две трети. Здесь мы показываем, что передача сигналов LTE не оказала никакого эффекта. на микроглиальные процессы, но все же вызывало значительное снижение вызванной звуком корковой активности в ACx у обработанных ЛПС крыс со значением SAR 0,5 Вт/кг.
Учитывая предыдущие данные о том, что воздействие GSM-1800 МГц изменяет морфологию микроглии при провоспалительных состояниях, мы исследовали этот эффект после воздействия передачи сигналов LTE.
Взрослым крысам вводили ЛПС за 24 часа до имитации воздействия только на голову или воздействия LTE-1800 МГц. После воздействия в коре головного мозга возникали нейровоспалительные реакции, запускаемые ЛПС, о чем свидетельствовала активация провоспалительных генов и изменения в морфологии кортикальной микроглии. (Рисунок 1). Мощность, воздействующая на LTE-головку, была установлена ​​таким образом, чтобы получить средний уровень SAR 0,5 Вт/кг в ACx (Рисунок 2). Чтобы определить, реагирует ли LPS-активированная микроглия на LTE-ЭМП, мы проанализировали окрашенные срезы коры головного мозга. с анти-Iba1, которое избирательно метило эти клетки. Как показано на рисунке 3а, в срезах ACx, зафиксированных через 3–4 часа после имитации или воздействия LTE, микроглия выглядела удивительно похожей, демонстрируя «плотную» морфологию клеток, вызванную провоспалительным действием ЛПС. лечение (рис. 1). В соответствии с отсутствием морфологических ответов количественный анализ изображений не выявил существенных различий в общей площади (непарный t-критерий, p = 0,308) или площади (p = 0,196) и плотности (p = 0,061) Iba1. иммунореактивность при сравнении воздействия окрашенных Iba 1 клеточных тел у крыс LTE и животных, подвергшихся ложному воздействию (рис. 3б-г).
Влияние внутрибрюшинной инъекции ЛПС на морфологию кортикальной микроглии. Репрезентативный вид микроглии в корональном срезе коры головного мозга (дорсомедиальная область) через 24 часа после внутрибрюшинной инъекции ЛПС или носителя (контроль). Клетки окрашивали антителом против Iba1, как описано ранее. Провоспалительное лечение ЛПС привело к изменениям в морфологии микроглии, включая проксимальное утолщение и увеличение коротких вторичных ветвей клеточных отростков, что привело к появлению «плотного» вида. Масштабная полоса: 20 мкм.
Дозиметрический анализ удельной скорости поглощения (SAR) в мозге крысы во время воздействия LTE 1800 МГц. Ранее описанная гетерогенная модель фантомной крысы и рамочной антенны62 использовалась для оценки локального SAR в мозге с кубической сеткой 0,5 мм3. (a) Общий вид модели крысы в ​​условиях воздействия с рамочной антенной над головой и металлической термопрокладкой (желтого цвета) под телом. (б) Распределение значений SAR в мозге взрослого человека при пространственном разрешении 0,5 мм3. Площадь ограниченный черным контуром в сагиттальном сечении, соответствует первичной слуховой коре, где анализируется активность микроглии и нейронов. Шкала значений SAR с цветовой кодировкой применима ко всем численным моделированиям, показанным на рисунке.
Микроглия, инъецированная ЛПС, в слуховую кору крысы после воздействия LTE или имитации. (а) Репрезентативный сложенный вид микроглии, окрашенной антителом против Iba1, в корональных срезах слуховой коры крыс, перфузируемых ЛПС, через 3-4 часа после воздействия имитации или LTE (воздействие). .Масштабная полоса: 20 мкм. (bd) Морфометрическая оценка микроглии через 3–4 часа после имитации (светлые точки) или воздействия LTE (обнаженные, черные точки). (b, c) Пространственное покрытие (b) маркера микроглии Iba1 и площади тел Iba1-положительных клеток (c). Данные представляют собой площадь окрашивания анти-Iba1, нормализованную к среднему значению от животных, подвергшихся воздействию Sham. (d) Подсчет тел микроглиальных клеток, окрашенных анти-Iba1. Различия между Sham (n = 5) и LTE (n = 6) животных не были значимыми (p > 0,05, непарный t-критерий). Верхняя и нижняя части поля, верхняя и нижняя линии представляют 25-75-й процентиль и 5-95-й процентиль соответственно. Среднее значение отмечено в рамке красным.
В таблице 1 суммировано количество животных и многоединичные записи, полученные в первичной слуховой коре четырех групп крыс (Sham, Expose, Sham-LPS, Expeded-LPS). В приведенные ниже результаты мы включаем все записи, которые демонстрируют значительную спектральную временное рецептивное поле (STRF), т. е. тон-вызванные реакции, по крайней мере, на 6 стандартных отклонений выше, чем частота спонтанных выстрелов (см. Таблицу 1). Применяя этот критерий, мы выбрали 266 записей для группы «Шам», 273 записи для группы «Экспонирование», 299 записи для группы Sham-LPS и 295 записей для группы Exped-LPS.
В следующих параграфах мы сначала опишем параметры, извлеченные из спектрально-временного рецептивного поля (то есть реакцию на чистые тона) и реакцию на специфические ксеногенные вокализации. Затем мы опишем количественную оценку области частотной характеристики, полученной для Учитывая наличие «вложенных данных»30 в нашем экспериментальном плане, весь статистический анализ проводился на основе количества позиций в электродной решетке (последняя строка в таблице 1), но все эффекты, описанные ниже, также были основаны на количество позиций в каждой группе. Общее количество собранных многоединичных записей (третья строка в таблице 1).
На рисунке 4а показано оптимальное распределение частот (BF, вызывающее максимальный ответ при уровне звукового давления 75 дБ) корковых нейронов, полученное у животных, обработанных LPS Sham, и животных, подвергшихся воздействию. Частотный диапазон BF в обеих группах был расширен от 1 кГц до 36 кГц. Статистический анализ показали, что эти распределения были схожими (хи-квадрат, p = 0,278), что позволяет предположить, что сравнения между двумя группами можно было проводить без систематической ошибки выборки.
Влияние воздействия LTE на количественные параметры корковых ответов у животных, обработанных LPS. (a) Распределение BF в корковых нейронах животных, обработанных LTE, подвергшихся LTE (черный) и ложно подвергшихся воздействию LTE (белый). Разницы между ними нет. два распределения. (bf) Влияние воздействия LTE на параметры, количественно определяющие спектрально-временное рецептивное поле (STRF). Сила ответа была значительно снижена (*p <0,05, непарный t-критерий) как для STRF (общая сила ответа), так и для оптимального частоты (б, в). Длительность ответа, ширина полосы ответа и константа полосы пропускания (df). Как сила, так и временная надежность ответов на вокализации были снижены (ж, з). Спонтанная активность существенно не снизилась (i). (* p <0,05, непарный t-критерий). (j, k) Влияние воздействия LTE на кортикальные пороги. Средние пороги были значительно выше у крыс, подвергшихся LTE, по сравнению с крысами, подвергшимися ложному воздействию. Этот эффект более выражен у низких и средних уровней частоты.
На рисунках 4b-f показано распределение параметров, полученных из STRF для этих животных (средние значения обозначены красными линиями). Эффекты воздействия LTE на животных, получавших LPS, по-видимому, указывают на снижение возбудимости нейронов. Во-первых, общая интенсивность ответа и ответы были значительно ниже у BF по сравнению с животными с имитацией LPS (рис. 4b, c, непарный t-критерий, p = 0,0017; и p = 0,0445). Аналогичным образом, ответы на звуки общения снизились как по силе ответа, так и по надежности между испытаниями (рис. 4g). ,h; непарный t-критерий, p = 0,043). Спонтанная активность была снижена, но этот эффект не был значимым (рис. 4i; p = 0,0745). Воздействие LTE не повлияло на продолжительность ответа, ширину полосы настройки и задержку ответа. Животные, получавшие ЛПС (рис. 4d–f), что указывает на то, что воздействие LTE у животных, получавших ЛПС, не влияло на частотную избирательность и точность возникающих ответов.
Затем мы оценили, были ли изменены кортикальные пороги чистых тонов под воздействием LTE. Из области частотной характеристики (FRA), полученной из каждой записи, мы определили слуховые пороги для каждой частоты и усреднили эти пороги для обеих групп животных. На рисунке 4j показано среднее значение ( ± sem) пороги от 1,1 до 36 кГц у крыс, обработанных ЛПС. Сравнение слуховых порогов в группах имитации и воздействия показало существенное увеличение порогов у животных, подвергшихся воздействию, по сравнению с животными имитации (рис. 4j), причем эффект был более выраженным. Точнее, на низких частотах (< 2,25 кГц) доля нейронов А1 с высоким порогом увеличивалась, а доля нейронов с низким и средним порогом уменьшалась (хи-квадрат = 43,85; р < 0,0001; рис. .4к, левый рисунок). Тот же эффект наблюдался на средних частотах (2,25 < Freq (кГц) < 11): более высокая доля корковых записей с промежуточными порогами и меньшая доля нейронов с низкими порогами по сравнению с необлученной группой (Chi - Square = 71,17; p <0,001; рисунок 4k, средняя панель). Также наблюдалась значительная разница в пороге для высокочастотных нейронов (≥ 11 кГц, p = 0,0059); доля нейронов с низким порогом уменьшилась, а доля нейронов со средним и высоким порогом увеличилась (хи-квадрат = 10,853; p = 0,04, рисунок 4k, правая панель).
На рисунке 5а показано оптимальное частотное распределение (BF, вызывающее максимальный отклик при уровне звукового давления 75 дБ) корковых нейронов, полученное у здоровых животных для групп имитации и воздействия. Статистический анализ показал, что эти два распределения были схожи (хи-квадрат, p = 0,157). , что позволяет предположить, что сравнения между двумя группами можно проводить без систематической ошибки выборки.
Влияние воздействия LTE на количественные параметры корковых ответов у здоровых животных. (a) Распределение BF в корковых нейронах здоровых животных, подвергшихся LTE (темно-синий) и ложно подвергшихся воздействию LTE (светло-синий). Разницы между ними нет. распределения. (bf) Влияние воздействия LTE на параметры, количественно определяющие спектрально-временное рецептивное поле (STRF). Не наблюдалось значительных изменений в интенсивности ответа на STRF и оптимальных частотах (b, c). Наблюдается небольшое увеличение ответа. продолжительность (г), но без изменения ширины и ширины ответа (д, е). Ни сила, ни временная надежность ответов на вокализации не изменились (ж, з). Существенных изменений в спонтанной активности не произошло (и). (*p <0,05 непарный t-критерий). (j,k) Влияние воздействия LTE на кортикальные пороги. В среднем пороги не претерпели существенных изменений у крыс, подвергшихся воздействию LTE, по сравнению с крысами, подвергшимися имитации, но более высокие пороговые значения частоты были незначительно изменены. ниже у подвергшихся воздействию животных.
На рисунках 5b-f показаны коробчатые диаграммы, представляющие распределение и среднее значение (красная линия) параметров, полученных на основе двух наборов STRF. У здоровых животных воздействие LTE само по себе мало влияло на среднее значение параметров STRF. По сравнению с группой Sham (свет по сравнению с темно-синими прямоугольниками для группы, подвергшейся воздействию), воздействие LTE не изменило ни общую интенсивность ответа, ни реакцию BF (рис. 5b, c; непарный t-критерий, p = 0,2176 и p = 0,8696 соответственно). также не повлияло на спектральную полосу пропускания и латентность (р = 0,6764 и р = 0,7129 соответственно), но наблюдалось достоверное увеличение длительности ответа (р = 0,047). Также не было влияния на силу вокализационного ответа (рис. 5ж). , p = 0,4375), межиспытательная надежность этих ответов (рис. 5h, p = 0,3412) и спонтанная активность (рис. 5).5i; р = 0,3256).
На рисунке 5j показаны средние (± sem) пороги от 1,1 до 36 кГц у здоровых крыс. Значительной разницы между имитацией и крысами, подвергшимися воздействию, не выявлено, за исключением немного более низкого порога у животных, подвергшихся воздействию на высоких частотах (11–36 кГц). (непарный t-критерий, p = 0,0083). Этот эффект отражает тот факт, что у облученных животных в этом диапазоне частот (хи-квадрат = 18,312, p = 0,001; рис. 5к) было несколько больше нейронов с низкой и средней пороги (при высоких порогах меньше нейронов).
В заключение, когда здоровые животные подвергались воздействию LTE, не было никакого влияния на силу реакции на чистые тона и сложные звуки, такие как вокализация. у обработанных животных воздействие LTE приводило к существенному увеличению корковых порогов, особенно в низко- и среднечастотном диапазоне.
Наше исследование показало, что у взрослых крыс-самцов, перенесших острое нейровоспаление, воздействие LTE-1800 МГц с локальной SARACx 0,5 Вт/кг (см. «Методы») приводило к значительному снижению интенсивности звуковызванных ответов при первичных записях общения. Указанные изменения активности нейронов происходили без какого-либо видимого изменения протяженности пространственной области, охваченной микроглиальными отростками. Такое влияние ЛТЕ на интенсивность корковых вызванных ответов не наблюдалось у здоровых крыс. Учитывая сходство оптимального распределения частот между регистрирующими единицами у животных, подвергшихся воздействию LTE, и животных, подвергшихся ложному воздействию, различия в реактивности нейронов можно объяснить биологическими эффектами сигналов LTE, а не предвзятостью выборки (рис. 4a). Кроме того, отсутствие изменений в латентности ответа и полосе спектральной настройки в LTE- облученных крыс позволяет предположить, что, скорее всего, эти записи были взяты из одних и тех же слоев коры, которые расположены в первичных ACx, а не во вторичных областях.
Насколько нам известно, о влиянии передачи сигналов LTE на реакции нейронов ранее не сообщалось. Однако предыдущие исследования задокументировали способность непрерывной волны (CW) GSM-1800 МГц или 1800 МГц изменять возбудимость нейронов, хотя и со значительными различиями в зависимости от экспериментальный подход. Вскоре после воздействия непрерывного излучения частотой 1800 МГц при уровне SAR 8,2 Вт/кг записи из ганглиев улитки показали снижение порогов для запуска потенциалов действия и модуляции нейронов. С другой стороны, пиковая и взрывная активность в первичных культурах нейронов была получена из мозга крысы уменьшалось при воздействии постоянного сигнала GSM-1800 МГц или 1800 МГц в течение 15 минут при SAR 4,6 Вт/кг. Это ингибирование было лишь частично обратимым в течение 30 минут воздействия. Полное замалчивание нейронов достигалось при SAR 4,6 Вт/кг. 9,2 Вт/кг. Анализ «доза-реакция» показал, что GSM-1800 МГц был более эффективен, чем CW 1800 МГц в подавлении импульсной активности, что позволяет предположить, что реакции нейронов зависят от модуляции радиочастотного сигнала.
В наших условиях кортикальные вызванные ответы собирались in vivo через 3–6 часов после окончания 2-часового воздействия только на голову. В предыдущем исследовании мы исследовали влияние GSM-1800 МГц при SARACx 1,55 Вт/кг и не обнаружили никаких существенное влияние на вызванные звуками корковые реакции у здоровых крыс. При этом единственным значимым эффектом, вызванным у здоровых крыс воздействием LTE-1800 при мощности SARACx 0,5 Вт/кг, было небольшое увеличение продолжительности ответа при предъявлении чистых тонов. Этот эффект трудно объяснить, поскольку он не сопровождается увеличением интенсивности ответа, что позволяет предположить, что такая более длительная реакция возникает при том же общем количестве потенциалов действия, запускаемых кортикальными нейронами. Одним из объяснений может быть то, что воздействие LTE может снизить активность некоторые тормозные интернейроны, поскольку было документально подтверждено, что при первичном торможении прямого распространения ACx контролируется продолжительность ответов пирамидных клеток, запускаемых возбуждающим таламическим сигналом33,34,35,36,37.
Напротив, у крыс, подвергшихся нейровоспалению, вызванному ЛПС, воздействие LTE не влияло на продолжительность звуковых импульсов нейронов, но были обнаружены значительные эффекты на силу вызванных ответов. Фактически, по сравнению с реакциями нейронов, зарегистрированными в LPS У крыс, подвергшихся ложному воздействию, нейроны у обработанных ЛПС крыс, подвергшихся воздействию LTE, продемонстрировали снижение интенсивности их ответов, эффект, наблюдаемый как при предъявлении чистых тонов, так и при естественных вокализациях. Снижение интенсивности ответа на чистые тоны происходило без сужение полосы спектральной настройки на 75 дБ, причем, поскольку это происходило при всех интенсивностях звука, приводило к увеличению акустических порогов корковых нейронов на низких и средних частотах.
Снижение силы вызванного ответа показало, что эффект передачи сигналов LTE при SARACx 0,5 Вт/кг у животных, получавших LPS, был аналогичен эффекту от GSM-1800 МГц, примененного при втрое более высоком SARACx (1,55 Вт/кг) 28. Что касается Передача сигналов GSM, воздействие LTE-1800 МГц на голову может снизить возбудимость нейронов ACx-нейронов крыс, подвергнутых нейровоспалению, вызванному ЛПС. В соответствии с этой гипотезой мы также наблюдали тенденцию к снижению надежности испытаний нейрональных ответов на вокализацию (рис. 4h). и снижение спонтанной активности (Рис. 4i). Однако было трудно определить in vivo, снижает ли передача сигналов LTE внутреннюю возбудимость нейронов или уменьшает синаптический вход, тем самым контролируя нейрональные ответы в ACx.
Во-первых, эти более слабые ответы могут быть связаны с естественным снижением возбудимости корковых клеток после воздействия LTE 1800 МГц. Уровни SAR составляли 3,2 Вт/кг и 4,6 Вт/кг соответственно, но пороговый уровень SAR был необходим для значительного снижения взрывной активности. животные.
Во-вторых, воздействие LTE может также влиять на синаптическую передачу из таламо-кортикальных или корково-кортикальных синапсов. Многочисленные записи теперь показывают, что в слуховой коре широта спектральной настройки определяется не только афферентными таламическими проекциями, но и что внутрикорковые связи придают дополнительные спектральный вход в корковые участки39,40. В наших экспериментах тот факт, что кортикальный STRF показал одинаковую полосу пропускания у подвергшихся и ложному воздействию животных, косвенно свидетельствует о том, что эффекты воздействия LTE не влияют на корково-корковые связи. Это также предполагает, что более высокая связность в других областях коры, подвергшихся воздействию SAR, чем измеренных в ACx (рис. 2), возможно, не ответственны за измененные ответы, о которых здесь сообщается.
Здесь большая часть корковых записей, подвергшихся воздействию ЛПС, показала высокие пороги по сравнению с животными, подвергшимися имитации ЛПС. Учитывая, что было высказано предположение, что кортикальный акустический порог в первую очередь контролируется силой таламо-кортикального синапса39,40, Можно заподозрить, что таламо-кортикальная передача частично снижается в результате воздействия либо на пресинаптическом (снижение высвобождения глутамата), либо на постсинаптическом уровне (снижение количества или сродства рецепторов).
Подобно эффектам GSM-1800 МГц, LTE-индуцированные измененные нейрональные реакции возникают в контексте нейровоспаления, вызванного ЛПС, характеризующегося реакциями микроглии. Современные данные свидетельствуют о том, что микроглия сильно влияет на активность нейрональных сетей в нормальном и патологическом мозге41,42 ,43.Их способность модулировать нейротрансмиссию зависит не только от продукции продуцируемых ими соединений, которые могут или могут ограничивать нейротрансмиссию, но и от высокой подвижности их клеточных процессов. В коре головного мозга как повышенная, так и пониженная активность нейрональных сетей запускают быстрое расширение пространственного домена микроглии из-за роста микроглиальных отростков44,45. В частности, микроглиальные выпячивания рекрутируются вблизи активированных таламокортикальных синапсов и могут ингибировать активность возбуждающих синапсов посредством механизмов, включающих локальное производство аденозина, опосредованное микроглией.
У обработанных ЛПС крыс, подвергавшихся воздействию GSM-1800 МГц с SARACx при 1,55 Вт/кг, наблюдалось снижение активности нейронов ACx с ростом микроглиальных отростков, отмеченных значительным увеличением окрашенных Iba1 областей в ACx28. Это наблюдение предполагает, что ремоделирование микроглии, вызванное Воздействие GSM может активно способствовать индуцированному GSM снижению звуковых реакций нейронов. Наше текущее исследование опровергает эту гипотезу в контексте воздействия на голову LTE с SARACx, ограниченным до 0,5 Вт/кг, поскольку мы не обнаружили увеличения пространственной области. покрыты микроглиальными отростками. Однако это не исключает какого-либо влияния передачи сигналов LTE на LPS-активируемую микроглию, что, в свою очередь, может влиять на активность нейронов. Для ответа на этот вопрос и определения механизмов, с помощью которых острое нейровоспаление изменяет нейрональную активность, необходимы дальнейшие исследования. ответы на сигнализацию LTE.
Насколько нам известно, влияние сигналов LTE на слуховую обработку ранее не изучалось. Наши предыдущие исследования 26,28 и нынешнее исследование показали, что в условиях острого воспаления воздействие только на голову GSM-1800 МГц или LTE- Частота 1800 МГц привела к функциональным изменениям в реакциях нейронов в ACx, о чем свидетельствует повышение порога слышимости. По крайней мере, по двум основным причинам наше воздействие LTE не должно влиять на функцию улитки. Во-первых, как показано в дозиметрическом исследовании, показанном на рисунке. 2, самые высокие уровни SAR (около 1 Вт/кг) расположены в дорсомедиальной коре (ниже антенны), и они существенно снижаются по мере движения в латеральном и латеральном направлении. Вентральная часть головы. Можно оценить должна составлять около 0,1 Вт/кг на уровне ушной раковины крысы (ниже ушного прохода). Во-вторых, когда уши морской свинки подвергались воздействию в течение 2 месяцев частоты GSM 900 МГц (5 дней в неделю, 1 час в день, SAR от 1 и 4 Вт/кг), не было обнаружено заметных изменений в величине отоакустического продукта искажения. Пороги эмиссии и слуховых реакций ствола мозга 47. Кроме того, повторное воздействие на голову GSM 900 или 1800 МГц при локальном SAR 2 Вт/кг не влияет на функцию наружных волосковых клеток улитки у здоровых крыс48,49. Эти результаты повторяют данные, полученные на людях, где исследования показали, что 10-30-минутное воздействие ЭМП от сотовых телефонов GSM не оказывает постоянного влияния на слуховую обработку, как оценивалось при улитковый50,51,52 или уровень ствола мозга53,54.
В нашем исследовании изменения активности нейронов, вызванные LTE, наблюдались in vivo через 3–6 часов после окончания воздействия. В предыдущем исследовании дорсомедиальной части коры несколько эффектов, вызванных GSM-1800 МГц, наблюдавшихся через 24 часа после воздействия, не были обнаружены дольше выявляется через 72 часа после воздействия. Это происходит при расширении микроглиальных процессов, подавлении гена IL-1β и посттрансляционной модификации АМРА-рецепторов. Учитывая, что слуховая кора имеет более низкое значение SAR (0,5 Вт/кг) чем в дорсомедиальной области (2,94 Вт/кг26), изменения активности нейронов, о которых здесь сообщается, кажутся преходящими.
Наши данные должны учитывать соответствующие пределы SAR и оценки фактических значений SAR, достигнутых в коре головного мозга пользователей мобильных телефонов. Действующие стандарты, используемые для защиты населения, устанавливают предел SAR на уровне 2 Вт/кг для локализованной головы или туловища. воздействие радиочастот в радиочастотном диапазоне 100 кГц и 6 ГГц.
Моделирование дозы было выполнено с использованием различных моделей головы человека для определения поглощения радиочастотной мощности в различных тканях головы при общении с головой или при общении по мобильному телефону. Помимо разнообразия моделей головы человека, эти моделирования подчеркивают существенные различия или неопределенности в оценке поглощенной энергии. мозгом на основе анатомических или гистологических параметров, таких как внешняя или внутренняя форма черепа, толщина или содержание воды. Различные ткани головы сильно различаются в зависимости от возраста, пола или индивидуальности 56,57,58.Кроме того, характеристики мобильного телефона , такие как внутреннее расположение антенны и положение сотового телефона относительно головы пользователя, сильно влияют на уровень и распределение значений SAR в коре головного мозга59,60. Однако, учитывая зарегистрированные распределения SAR у человека Кора головного мозга, которые были установлены на моделях сотовых телефонов, излучающих радиочастоты в диапазоне 1800 МГц58, 59, 60, похоже, что уровни SAR, достигнутые в слуховой коре человека, все еще недостаточно используются половиной коры головного мозга человека. Наше исследование ( SARACx 0,5 Вт/кг). Таким образом, наши данные не оспаривают текущие пределы значений SAR, применимых к населению.
В заключение, наше исследование показывает, что однократное воздействие LTE-1800 МГц только на голову мешает нейронным ответам корковых нейронов на сенсорные стимулы. В соответствии с предыдущими характеристиками эффектов передачи сигналов GSM, наши результаты показывают, что эффекты передачи сигналов LTE Влияние на активность нейронов зависит от состояния здоровья. Острое нейровоспаление повышает чувствительность нейронов к LTE-1800 МГц, что приводит к изменению кортикальной обработки слуховых стимулов.
Данные были собраны в возрасте 55 дней из коры головного мозга 31 взрослого самца крысы Вистар, полученного в лаборатории Жанвье. Крыс содержали в помещении с контролируемой влажностью (50-55%) и температурой (22-24 °C) с освещением. /темновой цикл 12 ч/12 ч (свет включается в 7:30 утра) со свободным доступом к пище и воде. Все эксперименты проводились в соответствии с руководящими принципами, установленными Директивой Совета Европейских сообществ (2010/63/). Директива Совета ЕС), которые аналогичны описанным в Руководстве Общества нейробиологов по использованию животных в нейробиологических исследованиях. Этот протокол был одобрен Комитетом по этике Париж-Юг и Центр (CEEA N°59, Project 2014-25, Национальный протокол 03729.02) с использованием процедур, утвержденных этим комитетом 32-2011 и 34-2012.
Животных приучали к камерам для колоний в течение по меньшей мере 1 недели перед обработкой ЛПС и воздействием (или имитацией воздействия) LTE-EMF.
Двадцати двум крысам внутрибрюшинно (внутрибрюшинно) вводили ЛПС E. coli (250 мкг/кг, серотип 0127:B8, SIGMA), разведенный стерильным изотоническим физиологическим раствором, не содержащим эндотоксинов, за 24 часа до LTE или ложного воздействия (n на группу). = 11). У 2-месячных крыс-самцов линии Wistar такое лечение ЛПС вызывает нейровоспалительную реакцию, которая отмечается в коре головного мозга несколькими провоспалительными генами (фактор некроза опухоли-альфа, интерлейкин 1β, CCL2, NOX2, NOS2). были повышены через 24 часа после инъекции ЛПС, включая 4- и 12-кратное увеличение уровней транскриптов, кодирующих фермент NOX2 и интерлейкин 1β, соответственно. В этот 24-часовой момент времени кортикальная микроглия демонстрировала типичную «плотную» морфология клеток, ожидаемая в результате провоспалительной активации клеток, запускаемой ЛПС (рис. 1), что отличается от активации, запускаемой ЛПС другими. Клеточная провоспалительная активация соответствует 24, 61.
Воздействие ЭМП LTE только на голову осуществляли с использованием экспериментальной установки, ранее использовавшейся для оценки эффекта GSM EMF26. Воздействие LTE осуществляли через 24 часа после инъекции LPS (11 животных) или отсутствия лечения LPS (5 животных). Животных подвергали легкой анестезии с помощью кетамин/ксилазин (кетамин 80 мг/кг, внутрибрюшинно; ксилазин 10 мг/кг, внутрибрюшинно) перед воздействием, чтобы предотвратить движение и убедиться, что голова животного находилась в рамочной антенне, излучающей сигнал LTE. Воспроизводимое местоположение ниже. Половина крыс из та же клетка служила контролем (11 животных, подвергшихся ложному воздействию, из 22 крыс, предварительно обработанных ЛПС): их помещали под рамочную антенну и энергию LTE-сигнала устанавливали равной нулю. Вес животных, подвергшихся и ложному воздействию, был одинаковым. (p = 0,558, непарный t-критерий, нс). Всех анестезированных животных помещали на безметалловую грелку для поддержания температуры их тела около 37°C на протяжении всего эксперимента. Как и в предыдущих экспериментах, время воздействия было установлено равным 2 часа. После воздействия поместите животное на другую грелку в операционной. Та же процедура воздействия была применена к 10 здоровым крысам (не обработанным ЛПС), половина из которых была подвергнута ложному воздействию из той же клетки (p = 0,694). .
Система воздействия была аналогична системам 25, 62, описанным в предыдущих исследованиях, с заменой радиочастотного генератора для генерации электромагнитных полей LTE вместо GSM. Электромагнитное поле LTE - 1800 МГц было подключено к усилителю мощности (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, США), циркулятору (D3 1719-N, Sodhy, Франция), двустороннему разветвителю (CD D 1824- 2, − 30 дБ, Соди, Франция) и четырехходовой делитель мощности (DC D 0922-4N, Соди, Франция), позволяющий одновременно подвергать воздействию четырех животных. Измеритель мощности (N1921A, Agilent, США), подключенный к двунаправленному ответвителю. позволяло непрерывно измерять и контролировать падающую и отраженную мощность внутри устройства. Каждый выход был подключен к рамочной антенне (Sama-Sistemi srl; Roma), позволяющей частично облучать голову животного. Рамочная антенна состоит из печатной платы с двумя металлическими линии (диэлектрическая проницаемость εr = 4,6), выгравированные на изолирующей эпоксидной подложке. На одном конце устройство состоит из проволоки шириной 1 мм, образующей кольцо, расположенное вблизи головы животного. Как и в предыдущих исследованиях26,62, удельная скорость поглощения ( SAR) была определена численно с использованием численной модели крысы и метода конечных разностей во временной области (FDTD)63,64,65. Они также были определены экспериментально в однородной модели крысы с использованием зондов Luxtron для измерения повышения температуры. В этом случае SAR в Вт /кг рассчитывается по формуле: SAR = C ΔT/Δt, где C – теплоемкость в Дж/(кг·К), ΔT в °К и Δt Изменение температуры, время в секундах. Численно определенные значения SAR сравнивались с экспериментальными значениями SAR, полученными с использованием однородной модели, особенно в эквивалентных участках мозга крыс. Разница между численными измерениями SAR и экспериментально обнаруженными значениями SAR составляет менее 30%.
На рисунке 2а показано распределение SAR в мозге крысы в ​​крысиной модели, которое соответствует распределению по массе тела и размеру крыс, использованных в нашем исследовании. Среднее значение SAR для мозга составило 0,37 ± 0,23 Вт/кг (среднее ± SD). Значения SAR самые высокие в кортикальной области чуть ниже рамочной антенны. Локальный SAR в ACx (SARACx) составлял 0,50 ± 0,08 Вт/кг (среднее ± SD) (рис. 2b). Поскольку масса тела облученных крыс составляет гомогенны, а различия в толщине тканей головы незначительны, ожидается, что фактический SAR ACx или других областей коры будет очень похожим у одного подвергшегося воздействию животного и другого.
В конце воздействия животным вводили дополнительные дозы кетамина (20 мг/кг, внутрибрюшинно) и ксилазина (4 мг/кг, внутрибрюшинно) до тех пор, пока не наблюдалось никаких рефлекторных движений после защемления задней лапы. Местный анестетик (ксилокаин 2 %) вводили подкожно в кожу и височную мышцу над черепом и животных помещали на безметалловую систему обогрева. После помещения животного в стереотаксическую рамку выполняли краниотомию над левой височной корой. В предыдущем исследовании66, начиная с места соединения теменной и височной костей, отверстие имело ширину 9 мм и высоту 5 мм. Твердую мозговую оболочку над ACx аккуратно удаляли под бинокулярным контролем, не повреждая кровеносные сосуды. основание было построено из стоматологического акрилового цемента для атравматической фиксации головы животного во время записи. Поместите стереотаксическую рамку, поддерживающую животное, в камеру акустического ослабления (IAC, модель AC1).
Данные были получены из многоединичных записей в первичной слуховой коре 20 крыс, включая 10 животных, предварительно обработанных ЛПС. Внеклеточные записи были получены с помощью массива из 16 вольфрамовых электродов (TDT, ø: 33 мкм, <1 МОм), состоящих из двух ряды из 8 электродов, расположенных на расстоянии 1000 мкм друг от друга (350 мкм между электродами в одном ряду). Между височной костью и контралатеральной твердой мозговой оболочкой был введен серебряный провод (ø: 300 мкм). Предполагаемое расположение первичного ACx - 4 -7 мм кзади от брегмы и на 3 мм вентральнее надвисочного шва. Необработанный сигнал усиливался в 10 000 раз (TDT Medusa), а затем обрабатывался многоканальной системой сбора данных (RX5, TDT). Сигналы, собранные с каждого электрода, анализировались. фильтруется (610–10 000 Гц) для извлечения мультиединичной активности (MUA). Уровни триггера были тщательно установлены для каждого электрода (соавторы не знали о состояниях воздействия или ложного воздействия), чтобы выбрать самый большой потенциал действия из сигнала. Онлайн и автономная проверка форм сигналов показала, что собранный здесь MUA состоит из потенциалов действия, генерируемых от 3 до 6 нейронов вблизи электродов. В начале каждого эксперимента мы устанавливали положение массива электродов так, чтобы два ряда по восемь электродов мог бы производить выборку нейронов, от низкочастотных до высокочастотных ответов, если выполнять их в ростральной ориентации.
Акустические стимулы генерировались в Matlab, передавались в систему доставки звука (TDT) на базе RP2.1 и отправлялись на громкоговоритель Fostex (FE87E). Громкоговоритель располагался на расстоянии 2 см от правого уха крысы, на этом расстоянии громкоговоритель издавал ровный звук. частотный спектр (± 3 дБ) в диапазоне от 140 Гц до 36 кГц. Калибровка громкоговорителя выполнялась с использованием шума и чистых тонов, записанных с помощью микрофона Брюля и Кьяера 4133, соединенного с предусилителем B&K 2169 и цифровым записывающим устройством Marantz PMD671. Спектрально-временное рецептивное поле (STRF) ) была определена с использованием 97 частот гамма-тонов, охватывающих 8 октав (0,14–36 кГц), представленных в случайном порядке при уровне звукового давления 75 дБ на частоте 4,15 Гц. Область частотной характеристики (FRA) определяется с использованием того же набора тонов и представлена ​​в случайный порядок при 2 Гц от 75 до 5 дБ УЗД. Каждая частота представлена ​​восемь раз при каждой интенсивности.
Также оценивались реакции на естественные стимулы. В предыдущих исследованиях мы наблюдали, что крысиные вокализации редко вызывали сильные реакции в ACx, независимо от оптимальной частоты нейронов (BF), тогда как специфичные для ксенотрансплантата вокализации (например, вокализации певчих птиц или морских свинок) обычно карта тонов. Поэтому мы проверили корковые реакции на вокализации у морских свинок (свисток, использованный у 36 человек, был связан с 1 с стимулами, предъявленными 25 раз).

Мы также можем настроить пассивные радиочастотные компоненты в соответствии с вашими требованиями. Вы можете войти на страницу настройки, чтобы предоставить необходимые вам характеристики.
https://www.keenlion.com/customization/

Эмали:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com