Новости

Благодарим вас за посещение Nature.com. Используемая вами версия браузера имеет ограниченную поддержку CSS. Для оптимальной работы мы рекомендуем вам использовать обновленный браузер (или отключить режим совместимости в Internet Explorer). В то же время, чтобы обеспечить постоянную поддержку, 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 подвергли крыс воздействию электромагнитного поля (ЭМП) 4G с долгосрочной эволюцией (LTE) -1800 МГц в течение 2 часов. Затем мы оценили влияние острого нейровоспаления, вызванного липополисахаридом, на пространственное покрытие микроглии и электрофизиологическую активность нейронов в первичной слуховой коре (ACx). Средний SAR в ACx составляет 0,5 Вт/кг. Многоблочные записи показывают, что LTE-ЭМП вызывает снижение интенсивности ответа на чистые тоны и естественные вокализации, в то время как акустический порог для низких и средних частот. Иммуногистохимия Iba1 не выявила изменений в области, охваченной микроглиальными телами и отростками. У здоровых крыс такое же воздействие LTE не вызывало изменений интенсивности ответа и акустических порогов. Наши данные показывают, что острое Нейровоспаление повышает чувствительность нейронов к LTE-EMF, что приводит к изменению обработки акустических стимулов в ACx.
Электромагнитная среда человечества кардинально изменилась за последние три десятилетия из-за непрерывного развития беспроводной связи. В настоящее время более двух третей населения считаются пользователями мобильных телефонов (МП). Широкомасштабное распространение этой технологии вызвало опасения и дебаты о потенциально опасных эффектах импульсных электромагнитных полей (ЭМП) в диапазоне радиочастот (РЧ), которые излучаются МП или базовыми станциями и кодируют сообщения. Эта проблема общественного здравоохранения вдохновила ряд экспериментальных исследований, посвященных изучению эффектов поглощения радиочастот в биологических тканях1. Некоторые из этих исследований искали изменения в активности нейронных сетей и когнитивных процессах, учитывая близость мозга к источникам РЧ при повсеместном использовании МП. Многие опубликованные исследования касаются эффектов импульсно-модулированных сигналов, используемых в глобальной системе мобильной связи второго поколения (2G) (GSM) 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 эффектах радиочастотных сигналов, используемых в четвертом поколении Мобильные услуги поколения 4G, основанные на полностью цифровой технологии интернет-протокола, называемой технологией Long Term Evolution (LTE). Ожидается, что запущенная в 2011 году служба мобильных телефонов LTE охватит 6,6 млрд абонентов LTE по всему миру к январю 2022 года (GSMA: //gsacom.com). По сравнению с системами GSM (2G) и WCDMA (3G), основанными на схемах модуляции с одной несущей, LTE использует ортогональное частотное разделение каналов (OFDM) в качестве основного формата сигнала6. Мобильные услуги LTE во всем мире используют ряд различных диапазонов частот от 450 до 3700 МГц, включая диапазоны 900 и 1800 МГц, также используемые в GSM.
Способность воздействия РЧ влиять на биологические процессы в значительной степени определяется удельным коэффициентом поглощения (SAR), выраженным в Вт/кг, который измеряет энергию, поглощаемую биологической тканью. Недавно на здоровых добровольцах было изучено влияние острого 30-минутного воздействия сигналов LTE 2,573 ГГц на голову на глобальную активность нейронной сети. С помощью фМРТ в состоянии покоя было обнаружено, что воздействие LTE может вызывать спонтанные медленные колебания частоты и изменения во внутри- или межрегиональных связях, в то время как пространственные пиковые уровни SAR, усредненные по 10 г ткани, оценивались в диапазоне от 0,42 до 1,52 Вт/кг, согласно темам 7, 8, 9. Анализ ЭЭГ при аналогичных условиях воздействия (продолжительность 30 минут, расчетный пиковый уровень SAR 1,34 Вт/кг с использованием репрезентативной модели человеческой головы) продемонстрировал снижение спектральной мощности и межполушарной когерентности в альфа- и бета-диапазонах. Однако два других исследования, основанные на анализе ЭЭГ, показали, что 20 или 30 минут воздействия LTE на голову с максимальным локальным Уровни SAR, установленные на уровне около 2 Вт/кг, либо не оказывали никакого обнаруживаемого эффекта11, либо приводили к снижению спектральной мощности в альфа-диапазоне, в то время как когнитивные функции, оцениваемые с помощью теста Струпа, не изменились12. Существенные различия были также обнаружены в результатах ЭЭГ или когнитивных исследований, специально изучающих эффекты воздействия ЭМП GSM или UMTS. Считается, что они возникают из-за различий в методологии разработки и экспериментальных параметрах, включая тип сигнала и модуляцию, интенсивность и продолжительность воздействия, или из-за гетерогенности людей с точки зрения возраста, анатомии или пола.
До сих пор было проведено лишь несколько исследований на животных для определения того, как воздействие сигналов LTE влияет на функцию мозга. Недавно сообщалось, что системное воздействие на развивающихся мышей от поздней эмбриональной стадии до отлучения от груди (30 мин/день, 5 дней в неделю, со средним SAR для всего тела 0,5 или 1 Вт/кг) приводило к изменению двигательного поведения и аппетита во взрослом возрасте14. Было обнаружено, что повторное системное воздействие (2 га в день в течение 6 недель) на взрослых крыс вызывает окислительный стресс и снижает амплитуду вызванных зрительных потенциалов, полученных от зрительного нерва, при этом максимальный SAR оценивался на уровне всего 10 мВт/кг15.
Помимо анализа на различных уровнях, включая клеточный и молекулярный, модели грызунов могут быть использованы для изучения эффектов воздействия радиочастотного излучения во время заболеваний, как ранее было сосредоточено на электромагнитном излучении GSM или WCDMA/3G UMTS в контексте острого нейровоспаления. Исследования показали влияние судорог, нейродегенеративных заболеваний и глиом [16,17,18,19,20].
Грызуны, которым вводили липополисахарид (ЛПС), представляют собой классическую доклиническую модель острых нейровоспалительных реакций, связанных с доброкачественными инфекционными заболеваниями, вызываемыми вирусами или бактериями, которые ежегодно поражают большую часть населения. Это воспалительное состояние приводит к обратимому заболеванию и депрессивному поведенческому синдрому, характеризующемуся лихорадкой, потерей аппетита и снижением социального взаимодействия. Резидентные фагоциты ЦНС, такие как микроглия, являются ключевыми эффекторными клетками этой нейровоспалительной реакции. Обработка грызунов ЛПС вызывает активацию микроглии, характеризующуюся ремоделированием ее формы и клеточных процессов, а также глубокими изменениями в профиле транскриптома, включая повышение регуляции генов, кодирующих провоспалительные цитокины или ферменты, которые влияют на нейронные сети. Мероприятия 22, 23, 24.
Изучая эффекты однократного 2-часового воздействия ЭМП GSM-1800 МГц на голову крыс, обработанных ЛПС, мы обнаружили, что сигнал GSM запускает клеточные реакции в коре головного мозга, влияя на экспрессию генов, фосфорилирование рецепторов глутамата, нейронную мета-вызванную активацию и морфологию микроглии в коре головного мозга. Эти эффекты не были обнаружены у здоровых крыс, которые получили такое же воздействие GSM, что позволяет предположить, что нейровоспалительное состояние, вызванное ЛПС, сенсибилизирует клетки ЦНС к сигналу GSM. Сосредоточившись на слуховой коре (ACx) крыс, обработанных ЛПС, где локальный SAR составил в среднем 1,55 Вт/кг, мы наблюдали, что воздействие GSM привело к увеличению длины или разветвления микроглиальных отростков и снижению нейронных реакций, вызванных чистыми тонами и .Естественная стимуляция 28.
В текущем исследовании мы стремились изучить, может ли воздействие сигналов LTE-1800 МГц только на голову также изменить морфологию микроглии и нейронную активность в ACx, снизив мощность воздействия на две трети. Мы показываем, что сигнализация LTE не оказала влияния на микроглиальные процессы, но все же вызвала значительное снижение вызванной звуком активности коры в ACx крыс, получавших ЛПС со значением SAR 0,5 Вт/кг.
Учитывая предыдущие данные о том, что воздействие GSM-1800 МГц изменяет морфологию микроглии в провоспалительных условиях, мы исследовали этот эффект после воздействия сигналов LTE.
Взрослым крысам вводили ЛПС за 24 часа до ложного воздействия только на голову или воздействия LTE-1800 МГц. После воздействия в коре головного мозга развивались нейровоспалительные реакции, вызванные ЛПС, о чем свидетельствовала активация провоспалительных генов и изменения морфологии кортикальной микроглии (рисунок 1). Мощность, воздействующая на голову LTE, была установлена таким образом, чтобы средний уровень SAR в ACx составлял 0,5 Вт/кг (рисунок 2). Чтобы определить, реагируют ли активированные ЛПС микроглии на ЭМП LTE, мы проанализировали корковые срезы, окрашенные анти-Iba1, который селективно маркировал эти клетки. Как показано на рисунке 3а, в срезах ACx, зафиксированных через 3–4 часа после ложного воздействия или воздействия LTE, микроглия выглядела удивительно похожей, демонстрируя «плотную» клеточную морфологию, вызванную провоспалительным воздействием ЛПС (рисунок 1). В соответствии с отсутствием морфологических реакций, количественный анализ изображений не выявил существенных различий в общем количестве площадь (непарный t-критерий, p = 0,308) или площадь (p = 0,196) и плотность (p = 0,061) иммунореактивности Iba1 при сравнении воздействия окрашенных Iba1 клеточных тел на крыс LTE по сравнению с ложновоздействованными животными (рис. 3b–d).
Влияние внутрибрюшинной инъекции ЛПС на морфологию кортикальной микроглии. Типичное изображение микроглии в коронарном срезе коры головного мозга (дорсомедиальная область) через 24 часа после внутрибрюшинной инъекции ЛПС или плацебо (контроль). Клетки окрашивали антителом к Iba1, как описано ранее. Провоспалительная обработка ЛПС привела к изменениям морфологии микроглии, включая проксимальное утолщение и увеличение количества коротких вторичных ветвей клеточных отростков, что привело к «плотному» виду. Масштабная линейка: 20 мкм.
Дозиметрический анализ удельного коэффициента поглощения (SAR) в мозге крысы во время воздействия LTE 1800 МГц. Для оценки локального SAR в мозге использовалась ранее описанная гетерогенная модель фантома крысы и рамочной антенны62 с кубической сеткой 0,5 мм3. (a) Глобальный вид модели крысы в условиях воздействия с рамочной антенной над головой и металлической тепловой прокладкой (желтой) под телом. (b) Распределение значений SAR в мозге взрослого человека при пространственном разрешении 0,5 мм3. Область, ограниченная черным контуром в сагиттальном сечении, соответствует первичной слуховой коре, где анализируется микроглиальная и нейронная активность. Цветовая шкала значений SAR применяется ко всем численным моделированиям, показанным на рисунке.
Микроглия, инъецированная ЛПС, в слуховой коре крысы после воздействия ЛПС или ложной терапии. (a) Типичное изображение микроглии, окрашенной антителом против Iba1, в коронарных срезах перфузируемой ЛПС слуховой коры крысы через 3–4 часа после ложной терапии или воздействия ЛТС (воздействие). Масштабная линейка: 20 мкм. (bd) Морфометрическая оценка микроглии через 3–4 часа после ложной терапии (незакрашенные точки) или воздействия ЛТС (воздействие, черные точки). (b, c) Пространственное покрытие (b) маркера микроглии Iba1 и областей тел клеток, положительных по Iba1 (c). Данные представляют собой область окрашивания анти-Iba1, нормализованную по среднему значению для животных, подвергшихся ложной терапии. (d) Количество тел клеток микроглии, окрашенных анти-Iba1. Различия между животными, подвергшимися ложной терапии (n = 5) и ЛТС (n = 6), не были значимыми (p > 0,05, непарный t-критерий). Верхняя и нижняя части рамки, верхняя и нижняя линии представляют 25–75-й процентиль и 5–95-й процентиль соответственно. Среднее значение отмечено красным цветом в рамке.
В таблице 1 приведены номера животных и многоблочные записи, полученные в первичной слуховой коре четырех групп крыс (ложные, подвергнутые воздействию, ложный ЛПС, подвергнутый воздействию ЛПС). В представленные ниже результаты мы включили все записи, которые демонстрируют значительное спектрально-временное рецептивное поле (STRF), т. е. тонально-индуцированные ответы, по крайней мере на 6 стандартных отклонений превышающие частоту спонтанной активации (см. таблицу 1). Применяя этот критерий, мы отобрали 266 записей для ложной группы, 273 записи для подвергнутой воздействию группы, 299 записей для группы ложный ЛПС и 295 записей для группы подвергнутый воздействию ЛПС.
В следующих параграфах мы сначала опишем параметры, полученные из спектрально-временного рецептивного поля (то есть реакции на чистые тоны) и реакции на ксеногенные специфические вокализации. Затем мы опишем количественную оценку области частотной характеристики, полученной для каждой группы. Учитывая наличие «вложенных данных»30 в нашем экспериментальном плане, все статистические анализы проводились на основе количества позиций в электродной решетке (последняя строка в таблице 1), но все описанные ниже эффекты также основывались на количестве позиций в каждой группе. Общее количество собранных многоэлементных записей (третья строка в таблице 1).
На рисунке 4а показано оптимальное распределение частот (ОРЧ, вызывающее максимальный ответ при 75 дБ УЗД) корковых нейронов, полученное у животных, которым вводили ложный ЛПС, и у животных, которым вводили облучение. Диапазон частот ОРЧ в обеих группах был расширен с 1 кГц до 36 кГц. Статистический анализ показал, что эти распределения были схожими (хи-квадрат, p = 0,278), что позволяет предположить возможность проведения сравнений между двумя группами без смещения выборки.
Эффект воздействия LTE на количественные параметры корковых ответов у животных, получавших ЛПС. (a) Распределение BF в корковых нейронах животных, получавших ЛПС, подвергшихся воздействию LTE (черные) и ложновоздействовавших LTE (белые). Различий между двумя распределениями нет. (bf) Эффект воздействия LTE на параметры, количественно характеризующие спектрально-временное рецептивное поле (STRF). Сила ответа была значительно снижена (*p < 0,05, непарный t-критерий) как на STRF (общая сила ответа), так и на оптимальных частотах (b, c). Длительность ответа, ширина полосы ответа и константа полосы пропускания (df). Сила и временная надежность ответов на вокализации были снижены (g, h). Спонтанная активность не была значительно снижена (i). (*p < 0,05, непарный t-критерий). (j, k) Эффект воздействия LTE на корковые пороги. Средние пороги были значительно выше у животных, подвергшихся воздействию LTE. крыс по сравнению с крысами, подвергшимися ложному воздействию. Этот эффект более выражен на низких и средних частотах.
На рисунках 4b–f показано распределение параметров, полученных из STRF для этих животных (средние значения обозначены красными линиями). Влияние воздействия LTE на животных, получавших ЛПС, по-видимому, указывало на снижение нейронной возбудимости. Во-первых, общая интенсивность ответа и количество ответов были значительно ниже у животных BF по сравнению с животными, которым вводили ложный ЛПС (рис. 4b,c, непарный t-критерий, p = 0,0017 и p = 0,0445). Аналогичным образом, реакции на звуки общения снизились как по силе ответа, так и по межэкспериментальной надежности (рис. 4g,h, непарный t-критерий, p = 0,043). Спонтанная активность снизилась, но этот эффект не был значимым (рис. 4i, p = 0,0745). Длительность ответа, ширина полосы настройки и задержка ответа не были затронуты воздействием LTE у животных, получавших ЛПС (рис. 4d–f), что указывает на то, что частотная селективность и точность начала ответов не были затронуты Воздействие ЛТЕ на животных, получавших ЛПС.
Затем мы оценили, изменились ли пороги слышимости чистого тона при воздействии 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 показаны средние значения (± sem) порогов от 1,1 до 36 кГц у крыс, получавших ЛПС. Сравнение слуховых порогов групп Sham и Exposure показало существенное увеличение порогов у животных, получавших воздействие, по сравнению с животными Sham (рис. 4j), эффект, который был более выражен на низких и средних частотах. Точнее, на низких частотах (<2,25 кГц) доля нейронов A1 с высоким порогом увеличилась, в то время как доля нейронов с низким и средним порогом уменьшилась (хи-квадрат = 43,85; p < 0,0001; рис. 4k, левый рисунок). Тот же эффект наблюдался на средних частотах (2,25 < Частота (кГц) < 11): более высокая доля корковых записей со средними порогами и меньшая доля нейронов с низкими порогами по сравнению с необлученной группой (хи-квадрат = 71,17; p < 0,001; Рисунок 4k, средняя панель). Также наблюдалась значительная разница в пороге для высокочастотных нейронов (≥ 11 кГц, p = 0,0059); доля низкопороговых нейронов снизилась, а доля средне-высокопороговых увеличилась (хи-квадрат = 10,853; p = 0,04 Рисунок 4k, правая панель).
На рисунке 5а показано оптимальное распределение частот (ОРЧ, вызывающее максимальный ответ при 75 дБ УЗД) корковых нейронов, полученное у здоровых животных в группах «ложное воздействие» и «воздействие». Статистический анализ показал, что два распределения были схожими (хи-квадрат, p = 0,157), что позволяет предположить, что сравнения между двумя группами можно проводить без смещения выборки.
Эффект воздействия LTE на количественные параметры корковых ответов у здоровых животных. (a) Распределение BF в корковых нейронах здоровых животных, подвергшихся воздействию LTE (темно-синий) и ложновоздействовавших LTE (светло-синий). Различий между двумя распределениями нет. (bf) Эффект воздействия LTE на параметры, количественно характеризующие спектрально-временное рецептивное поле (STRF). Не было выявлено значительных изменений в интенсивности ответа по STRF и оптимальным частотам (b, c). Отмечается небольшое увеличение длительности ответа (d), но не изменение полосы пропускания ответа и полосы пропускания (e, f). Ни сила, ни временная надежность ответов на вокализации не изменились (g, h). Не было выявлено значительных изменений в спонтанной активности (i). (*p < 0,05 непарный t-критерий). (j, k) Эффект воздействия LTE на корковые пороги. В среднем пороги не были существенно изменены у крыс, подвергшихся воздействию LTE, по сравнению с крысами, подвергшимися ложному воздействию, но более высокие Пороговые значения частоты у животных, подвергшихся воздействию, были несколько ниже.
На рисунках 5b–f показаны диаграммы распределения и среднего значения (красная линия) параметров, полученных из двух наборов STRF. У здоровых животных воздействие LTE само по себе мало влияло на среднее значение параметров STRF. По сравнению с группой Sham (светло-синие и темно-синие прямоугольники для группы, подвергшейся воздействию), воздействие LTE не изменило ни общую интенсивность ответа, ни ответ BF (рис. 5b, c; непарный t-критерий, p = 0,2176 и p = 0,8696 соответственно). Также не было никакого влияния на спектральную ширину полосы пропускания и латентность (p = 0,6764 и p = 0,7129 соответственно), но было значительное увеличение длительности ответа (p = 0,047). Также не было влияния на силу ответов вокализации (рис. 5g, p = 0,4375), межэкспериментальную надежность этих ответов (рис. 5h, p = 0,3412) и спонтанную активность. (рис. 5).5i; p = 0,3256).
На рисунке 5j показаны средние значения (± sem) порогов от 1,1 до 36 кГц у здоровых крыс. Существенной разницы между ложно- и экспонированными крысами не выявлено, за исключением немного более низкого порога у экспонированных животных на высоких частотах (11–36 кГц) (непарный t-критерий, p = 0,0083). Этот эффект отражает тот факт, что у экспонированных животных в этом диапазоне частот (хи-квадрат = 18,312, p = 0,001; рис. 5k) было немного больше нейронов с низкими и средними порогами (тогда как с высокими порогами нейронов было меньше).
В заключение следует отметить, что при воздействии LTE на здоровых животных не наблюдалось никакого влияния на силу реакции на чистые тоны и сложные звуки, такие как вокализации. Более того, у здоровых животных корковые слуховые пороги были одинаковыми у подвергнутых воздействию и ложных животных, тогда как у животных, получавших ЛПС, воздействие LTE привело к существенному повышению корковых порогов, особенно в диапазоне низких и средних частот.
Наше исследование показало, что у взрослых самцов крыс, испытывающих острое нейровоспаление, воздействие LTE-1800 МГц с локальной SARACx 0,5 Вт/кг (см. Методы) привело к значительному снижению интенсивности вызванных звуком ответов в первичных записях коммуникации. Эти изменения нейронной активности произошли без каких-либо видимых изменений в степени пространственной области, охваченной микроглиальными отростками. Этот эффект LTE на интенсивность вызванных корковых ответов не наблюдался у здоровых крыс. Учитывая сходство в оптимальном распределении частот между единицами регистрации у животных, подвергшихся и ложновоздействовавших LTE, различия в нейронной реактивности можно отнести к биологическим эффектам сигналов LTE, а не к смещению выборки (рис. 4а). Кроме того, отсутствие изменений в задержке ответа и спектральной полосе настройки у крыс, подвергшихся воздействию LTE, позволяет предположить, что, скорее всего, эти записи были получены из тех же слоев коры, которые расположены в первичных ACx, а не во вторичных областях.
Насколько нам известно, эффект LTE-сигнализации на нейронные реакции ранее не был описан. Однако предыдущие исследования задокументировали способность GSM-1800 МГц или 1800 МГц непрерывной волны (CW) изменять нейронную возбудимость, хотя и со значительными различиями в зависимости от экспериментального подхода. Вскоре после воздействия 1800 МГц CW при уровне SAR 8,2 Вт/кг записи с ганглиев улитки показали снижение порогов для запуска потенциалов действия и нейронной модуляции. С другой стороны, спайковая и пачковая активность в первичных нейронных культурах, полученных из мозга крысы, была снижена при воздействии GSM-1800 МГц или 1800 МГц CW в течение 15 минут при SAR 4,6 Вт/кг. Это ингибирование было лишь частично обратимым в течение 30 минут воздействия. Полное подавление нейронов было достигнуто при SAR 9,2 Вт/кг. Анализ доза-реакция показал, что GSM-1800 Частота 1800 МГц оказалась более эффективной, чем частота 1800 МГц CW, в подавлении импульсной активности, что позволяет предположить, что нейронные реакции зависят от модуляции радиочастотного сигнала.
В нашей обстановке корковые вызванные ответы собирались in vivo через 3–6 часов после окончания 2-часового воздействия только на голову. В предыдущем исследовании мы изучали влияние GSM-1800 МГц при SARACx 1,55 Вт/кг и не обнаружили существенного влияния на звуковые вызванные корковые ответы у здоровых крыс. Здесь единственным существенным эффектом, вызванным у здоровых крыс воздействием LTE-1800 при 0,5 Вт/кг SARACx, было небольшое увеличение продолжительности ответа при предъявлении чистых тонов. Этот эффект трудно объяснить, поскольку он не сопровождается увеличением интенсивности ответа, что предполагает, что эта более длительная продолжительность ответа происходит при том же общем количестве потенциалов действия, срабатывающих корковых нейронов. Одним из объяснений может быть то, что воздействие LTE может снижать активность некоторых тормозных интернейронов, поскольку было задокументировано, что в первичном ACx прямое торможение контролирует продолжительность ответов пирамидных клеток, вызванных возбуждающим таламическим ввод33,34, 35, 36, 37.
Напротив, у крыс, подвергшихся нейровоспалению, вызванному ЛПС, воздействие LTE не оказало никакого влияния на продолжительность нейронной активности, вызванной звуком, но были обнаружены значительные эффекты в отношении силы вызванных ответов. Фактически, по сравнению с нейронными ответами, зарегистрированными у крыс, подвергшихся ложному воздействию ЛПС, нейроны у крыс, обработанных ЛПС и подвергнутых воздействию LTE, продемонстрировали снижение интенсивности своих ответов, эффект, наблюдаемый как при предъявлении чистых тонов, так и при естественных вокализациях. Снижение интенсивности ответа на чистые тоны произошло без сужения спектральной полосы настройки 75 дБ, и поскольку это произошло при всех интенсивностях звука, это привело к повышению акустических порогов корковых нейронов на низких и средних частотах.
Снижение вызванной силы ответа показало, что эффект сигнализации LTE при SARACx 0,5 Вт/кг у животных, получавших ЛПС, был аналогичен эффекту GSM-1800 МГц, применяемого при в три раза более высокой SARACx (1,55 Вт/кг) 28 . Что касается сигнализации GSM, воздействие LTE-1800 МГц на голову может снизить нейронную возбудимость в нейронах ACx крыс, подвергнутых нейровоспалению, вызванному ЛПС. В соответствии с этой гипотезой мы также наблюдали тенденцию к снижению надежности испытаний нейронных ответов на вокализацию (рис. 4h) и снижению спонтанной активности (рис. 4i). Однако было трудно определить in vivo, снижает ли сигнализация LTE внутреннюю нейронную возбудимость или снижает синаптический вход, тем самым контролируя нейронные ответы в ACx.
Во-первых, эти более слабые реакции могут быть вызваны внутренней сниженной возбудимостью корковых клеток после воздействия LTE 1800 МГц. Подтверждая эту идею, GSM-1800 МГц и 1800 МГц-CW снижали активность всплесков при непосредственном воздействии на первичные культуры корковых нейронов крыс с уровнями SAR 3,2 Вт/кг и 4,6 Вт/кг соответственно, но для значительного снижения активности всплесков требовался пороговый уровень SAR. Подтверждая снижение внутренней возбудимости, мы также наблюдали более низкие показатели спонтанной активации у подвергнутых воздействию животных, чем у животных, подвергшихся ложному воздействию.
Во-вторых, воздействие LTE может также влиять на синаптическую передачу от таламо-кортикальных или корково-кортикальных синапсов. Многочисленные записи теперь показывают, что в слуховой коре широта спектральной настройки определяется не только афферентными таламическими проекциями, но что внутрикорковые связи предоставляют дополнительный спектральный входной сигнал корковым участкам39,40. В наших экспериментах тот факт, что кортикальный STRF показал схожую полосу пропускания у подвергнутых и ложно подвергнутых воздействию животных, косвенно предполагает, что воздействие LTE не влияет на корково-кортикальные связи. Это также говорит о том, что более высокая связанность в других областях коры, подвергнутых воздействию при SAR, чем измеренная при ACx (рис. 2), может не быть причиной измененных ответов, описанных здесь.
В данном случае большая часть записей коры головного мозга, подвергшихся воздействию ЛПС, продемонстрировала высокие пороги по сравнению с животными, подвергшимися ложному воздействию ЛПС. Учитывая предположение, что кортикальный акустический порог в первую очередь контролируется силой таламо-кортикального синапса39,40, можно предположить, что таламо-кортикальная передача частично снижается под воздействием либо на пресинаптическом (снижение высвобождения глутамата), либо на постсинаптическом уровне (снижение количества или сродства рецепторов).
Подобно эффектам GSM-1800 МГц, измененные нейронные реакции, вызванные LTE, происходили в контексте нейровоспаления, вызванного ЛПС, которое характеризуется микроглиальными реакциями. Текущие данные свидетельствуют о том, что микроглия сильно влияет на активность нейронных сетей в нормальном и патологическом мозге41,42,43. Их способность модулировать нейротрансмиссию зависит не только от продукции соединений, которые они производят, которые могут или могут ограничивать нейротрансмиссию, но и от высокой подвижности их клеточных процессов. В коре головного мозга как повышенная, так и пониженная активность нейронных сетей запускают быстрое расширение микроглиального пространственного домена из-за роста микроглиальных процессов44,45. В частности, микроглиальные выступы рекрутируются вблизи активированных таламокортикальных синапсов и могут ингибировать активность возбуждающих синапсов посредством механизмов, включающих опосредованную микроглией локальную продукцию аденозина.
У крыс, получавших ЛПС и подвергавшихся воздействию GSM-1800 МГц с SARACx при 1,55 Вт/кг, наблюдалось снижение активности нейронов ACx с ростом микроглиальных отростков, отмеченным значительными окрашенными Iba1 областями в увеличении ACx28. Это наблюдение предполагает, что ремоделирование микроглии, вызванное воздействием GSM, может активно способствовать вызванному GSM снижению нейронных реакций, вызванных звуком. Наше текущее исследование опровергает эту гипотезу в контексте воздействия LTE на голову с SARACx, ограниченным 0,5 Вт/кг, поскольку мы не обнаружили увеличения пространственной области, охваченной микроглиальными отростками. Однако это не исключает какого-либо влияния сигнализации LTE на активированную ЛПС микроглию, что, в свою очередь, может влиять на нейронную активность. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы ответить на этот вопрос и определить механизмы, посредством которых острое нейровоспаление изменяет нейронные ответы на сигнализацию LTE.
Насколько нам известно, влияние сигналов LTE на слуховую обработку ранее не изучалось. Наши предыдущие исследования 26,28 и текущее исследование показали, что в условиях острого воспаления воздействие GSM-1800 МГц или LTE-1800 МГц только на голову приводило к функциональным изменениям нейронных реакций в ACx, о чем свидетельствует повышение порога слышимости. По крайней мере, по двум основным причинам функция кохлеарной системы не должна быть затронута нашим воздействием LTE. Во-первых, как показано в дозиметрическом исследовании, представленном на рисунке 2, самые высокие уровни SAR (близкие к 1 Вт/кг) находятся в дорсомедиальной коре (под антенной), и они существенно снижаются при движении латеральнее и латеральнее. Вентральная часть головы. Можно оценить примерно в 0,1 Вт/кг на уровне ушной раковины крысы (под слуховым проходом). Во-вторых, когда уши морской свинки в течение 2 месяцев подвергались воздействию GSM 900 МГц (5 дней в неделю, 1 час в день, SAR от 1 до 4 Вт/кг), не было обнаружено никаких обнаруживаемых изменений в величине продукта искажения отоакустических порогов для эмиссии и слуховых ответов ствола мозга47. Кроме того, повторное воздействие на голову GSM 900 или 1800 МГц при локальном SAR 2 Вт/кг не повлияло на функцию наружных волосковых клеток улитки у здоровых крыс48,49. Эти результаты перекликаются с данными, полученными на людях, где исследования показали, что 10–30-минутное воздействие ЭМП от сотовых телефонов GSM не оказывает последовательного эффекта на слуховую обработку, оцениваемую на уровне улитки50,51,52 или ствола мозга53,54.
В нашем исследовании изменения нейронной активности, 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, больше не обнаруживались через 72 часа после воздействия. Это касается расширения микроглиальных отростков, снижения регуляции гена IL-1ß и посттрансляционной модификации рецепторов AMPA. Учитывая, что слуховая кора имеет более низкое значение SAR (0,5 Вт/кг), чем дорсомедиальная область (2,94 Вт/кг26), изменения нейронной активности, описанные здесь, по-видимому, являются временными.
Наши данные должны учитывать квалификационные 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 локализованного воздействия радиочастот в диапазоне 100 кГц и 6 ГГц на голову или туловище.
Моделирование дозы было проведено с использованием различных моделей человеческой головы для определения поглощения мощности РЧ в различных тканях головы во время обычной связи или разговора по мобильному телефону. Помимо разнообразия моделей человеческой головы, эти моделирования подчеркивают значительные различия или неопределенности в оценке энергии, поглощаемой мозгом, на основе анатомических или гистологических параметров, таких как внешняя или внутренняя форма черепа, толщина или содержание воды. Различные ткани головы значительно различаются в зависимости от возраста, пола или индивидуальных особенностей56,57,58. Кроме того, характеристики мобильного телефона, такие как внутреннее расположение антенны и положение мобильного телефона относительно головы пользователя, сильно влияют на уровень и распределение значений SAR в коре головного мозга59,60. Однако, учитывая зарегистрированные распределения SAR в коре головного мозга человека, которые были установлены с помощью моделей мобильных телефонов, излучающих радиочастоты в диапазоне 1800 МГц58,59,60, похоже, что уровни SAR, достигнутые в слуховой коре человека, все еще недостаточно применяются наполовину коры головного мозга человека. Наше исследование (SARACx 0,5 Вт/кг). Таким образом, наши данные не оспаривают текущие пределы значений SAR, применимые к населению.
В заключение следует отметить, что наше исследование показывает, что однократное воздействие LTE-1800 МГц только на голову влияет на нейронные реакции корковых нейронов на сенсорные стимулы. В соответствии с предыдущими характеристиками эффектов GSM-сигнализации наши результаты свидетельствуют о том, что эффекты LTE-сигнализации на нейронную активность различаются в зависимости от состояния здоровья. Острое нейровоспаление повышает чувствительность нейронов к LTE-1800 МГц, что приводит к изменению корковой обработки слуховых стимулов.
Данные были собраны в возрасте 55 дней из коры головного мозга 31 взрослого самца крысы породы Вистар, полученных в лаборатории Жанвье. Крысы содержались в помещении с контролируемой влажностью (50-55%) и температурой (22-24 °C) с циклом свет/темнота 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 (Директива Совета 2010/63/EU), которые аналогичны тем, которые описаны в Руководящих принципах Общества нейронауки по использованию животных в нейронаучных исследованиях. Этот протокол был одобрен Комитетом по этике Париж-Юг и Центр (CEEA N°59, Проект 2014-25, Национальный протокол 03729.02) с использованием процедур, валидированных этим комитетом 32-2011 и 34-2012.
Животных приучали к колониальным камерам по меньшей мере за 1 неделю до обработки ЛПС и воздействия (или фиктивного воздействия) LTE-ЭМП.
Двадцати двум крысам внутрибрюшинно (ip) вводили ЛПС E. coli (250 мкг/кг, серотип 0127:B8, SIGMA), разведенный стерильным изотоническим раствором без эндотоксинов, за 24 часа до ЛТЭ или ложного воздействия (n на группу). = 11). У двухмесячных самцов крыс породы Вистар данное воздействие ЛПС вызывает нейровоспалительную реакцию, которая маркируется в коре головного мозга несколькими провоспалительными генами (фактор некроза опухоли альфа, интерлейкин 1ß, CCL2, NOX2, NOS2), экспрессия которых повышается через 24 часа после инъекции ЛПС, включая 4- и 12-кратное увеличение уровня транскриптов, кодирующих фермент NOX2 и интерлейкин 1ß соответственно. В этот 24-часовой момент времени кортикальная микроглия демонстрировала типичную «плотную» клеточную морфологию, ожидаемую при провоспалительной активации клеток, вызванной ЛПС (рис. 1), что контрастирует с активацией, вызванной ЛПС другими факторами. Провоспалительная активация клеток соответствует данным 24, 61.
Воздействие LTE ЭМП только на голову проводилось с использованием экспериментальной установки, ранее применявшейся для оценки эффекта GSM ЭМП26. Воздействие LTE проводилось через 24 часа после инъекции ЛПС (11 животных) или без обработки ЛПС (5 животных). Животных слегка анестезировали кетамином/ксилазином (кетамин 80 мг/кг, внутрибрюшинно; ксилазин 10 мг/кг, внутрибрюшинно) перед воздействием, чтобы предотвратить движение и гарантировать, что голова животного находится в рамочной антенне, излучающей LTE-сигнал. Воспроизводимое место ниже. Половина крыс из той же клетки служила в качестве контроля (11 ложновоздействованных животных из 22 крыс, предварительно обработанных ЛПС): их помещали под рамочную антенну, а энергия LTE-сигнала была установлена на ноль. Вес подвергнутых и ложновоздействованных животных был одинаковым (p = 0,558, непарный t-критерий Стьюдента, ns). Все анестезированные животные были помещены на безметалловую Электрогрелка поддерживала температуру тела около 37 °C на протяжении всего эксперимента. Как и в предыдущих экспериментах, время воздействия было установлено на 2 часа. После воздействия поместите животное на другую электрогрелку в операционной. Такая же процедура воздействия была применена к 10 здоровым крысам (не получавшим ЛПС), половина из которых была подвергнута ложному воздействию из той же клетки (p = 0,694).
Система воздействия была похожа на системы 25, 62, описанные в предыдущих исследованиях, с заменой радиочастотного генератора для генерации электромагнитных полей LTE вместо GSM. Вкратце, ВЧ-генератор (SMBV100A, 3,2 ГГц, Rohde & Schwarz, Германия), излучающий электромагнитное поле LTE - 1800 МГц, был подключен к усилителю мощности (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, США), циркулятору (D3 1719-N, Sodhy, Франция), двухстороннему ответвителю (CD D 1824-2, − 30 дБ, Sodhy, Франция) и четырехстороннему делителю мощности (DC D 0922-4N, Sodhy, Франция), что позволяло одновременно подвергать воздействию четырех животных. Измеритель мощности (N1921A, Agilent, США), подключенный к двунаправленному ответвителю, позволял непрерывно измерять и контролировать падающую и отраженную мощность внутри устройства. Каждый выход был подключен к контуру Антенна (Sama-Sistemi srl; Рим), позволяющая частично обнажить голову животного. Рамочная антенна состоит из печатной платы с двумя металлическими линиями (диэлектрическая проницаемость εr = 4,6), выгравированными на изолирующей эпоксидной подложке. На одном конце устройство состоит из провода шириной 1 мм, образующего кольцо, расположенного близко к голове животного. Как и в предыдущих исследованиях26,62, удельный коэффициент поглощения (SAR) был определен численно с использованием числовой 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 K), ΔT, в °K и Δt Изменение температуры, время в секундах. Численно определенные значения SAR сравнивались с экспериментальными значениями SAR Значения, полученные с использованием однородной модели, особенно в эквивалентных областях мозга крысы. 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. Средний SAR мозга составил 0,37 ± 0,23 Вт/кг (среднее значение ± SD). Значения SAR самые высокие в области коры, непосредственно под рамочной антенной. Локальный SAR в ACx (SARACx) составил 0,50 ± 0,08 Вт/кг (среднее значение ± SD) (рис. 2b). Поскольку масса тела подвергшихся воздействию крыс однородна, а различия в толщине тканей головы незначительны, ожидается, что фактический SAR ACx или других областей коры будет очень схожим 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 исчезали рефлекторные движения после щипка 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 проводили краниотомию над левой височной долей. Как и в нашем предыдущем исследовании66, начиная от соединения теменной и височной костей, отверстие составляло 9 мм в ширину и 5 мм в высоту. Твердая мозговая оболочка над ACx была осторожно удалена под бинокулярным контролем, не повреждая кровеносные сосуды. В конце процедуры было изготовлено основание из стоматологического акрилового цемента для атравматической фиксации головы животного во время записи. Поместите стереотаксическую рамку, поддерживающую животное, в акустическое затухание камера (IAC, модель AC1).
Данные были получены из многоблочных записей в первичной слуховой коре 20 крыс, включая 10 животных, предварительно обработанных ЛПС. Внеклеточные записи были получены из массива из 16 вольфрамовых электродов (TDT, ø: 33 мкм, < 1 МОм), состоящих из двух рядов по 8 электродов, расположенных на расстоянии 1000 мкм друг от друга (350 мкм между электродами в одном ряду). Серебряный провод (ø: 300 мкм) для заземления был вставлен между височной костью и контралатеральной твердой мозговой оболочкой. Предполагаемое местоположение первичного ACx находится на 4-7 мм сзади от брегмы и на 3 мм вентральнее надвисочного шва. Необработанный сигнал был усилен в 10 000 раз (TDT Medusa), а затем обработан многоканальной системой сбора данных (RX5, TDT). Сигналы, собранные с каждого электрода, были отфильтрованных (610–10 000 Гц) для извлечения многоэлементной активности (MUA). Уровни срабатывания были тщательно установлены для каждого электрода (соавторами, не осведомленными о состоянии воздействия или ложном воздействии) для выбора наибольшего потенциала действия из сигнала. Онлайн и офлайн проверка форм волн показала, что собранные здесь MUA состояли из потенциалов действия, генерируемых от 3 до 6 нейронов вблизи электродов. В начале каждого эксперимента мы устанавливали положение электродной решетки таким образом, чтобы два ряда по восемь электродов могли регистрировать ответы нейронов от низких до высоких частот при выполнении в ростральной ориентации.
Акустические стимулы были сгенерированы в Matlab, переданы в систему передачи звука (TDT) на основе RP2.1 и отправлены на громкоговоритель Fostex (FE87E). Громкоговоритель был помещен в 2 см от правого уха крысы, на этом расстоянии громкоговоритель воспроизводил плоский частотный спектр (± 3 дБ) между 140 Гц и 36 кГц. Калибровка громкоговорителя была выполнена с использованием шума и чистых тонов, записанных с помощью микрофона Bruel and Kjaer 4133, соединенного с предусилителем B&K 2169 и цифровым рекордером Marantz PMD671. Спектральное временное рецептивное поле (STRF) было определено с использованием 97 частот гамма-тона, охватывающих 8 (0,14–36 кГц) октав, представленных в случайном порядке с 75 дБ SPL на частоте 4,15 Гц. Область частотной характеристики (FRA) определяется с использованием того же набора тонов и представлена в случайном порядке на 2 Гц от 75 до 5 дБ SPL. Каждая частота представлена восемь раз с каждой интенсивностью.
Также оценивались реакции на естественные стимулы. В предыдущих исследованиях мы наблюдали, что вокализации крыс редко вызывали сильные реакции в ACx, независимо от оптимальной частоты нейронов (BF), тогда как специфичные для ксенотрансплантата (например, вокализации певчих птиц или морских свинок) обычно Вся карта тонов. Поэтому мы протестировали корковые реакции на вокализации у морских свинок (свист, используемый в 36 случаях, был связан с 1 с стимулов, предъявленных 25 раз).

Мы также можем изготовить пассивные радиочастотные компоненты по вашим требованиям. Вы можете перейти на страницу настройки и указать необходимые характеристики.
https://www.keenlion.com/customization/

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