Zprávy

Děkujeme za návštěvu webu Nature.com. Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu pro CSS. Pro dosažení nejlepšího zážitku doporučujeme používat aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v prohlížeči Internet Explorer). Mezitím budeme web zobrazovat bez stylů a JavaScriptu, abychom zajistili jeho nepřetržitou podporu.
Stále rostoucí poptávka po mobilní telefonní komunikaci vedla k neustálému objevování bezdrátových technologií (G), které mohou mít různé dopady na biologické systémy. Abychom to otestovali, vystavili jsme krysy expozici jedné hlavy elektromagnetickému poli (EMF) 4G s dlouhodobou evolucí (LTE) -1800 MHz po dobu 2 hodin. Poté jsme posoudili vliv akutního neurozánětu indukovaného lipopolysacharidem na prostorové pokrytí mikroglií a elektrofyziologickou neuronální aktivitu v primární sluchové kůře (ACx). Průměrná hodnota SAR v ACx je 0,5 W/kg. Záznamy z více jednotek ukazují, že LTE-EMF spouští snížení intenzity odezvy na čisté tóny a přirozené vokalizace, zatímco zvyšuje akustický práh pro nízké a střední frekvence. Imunohistochemie Iba1 neprokázala žádné změny v oblasti pokryté mikrogliálními tělísky a výběžky. U zdravých krys stejná expozice LTE nevyvolala změny v intenzitě odezvy a akustických prahech. Naše data ukazují, že akutní neurozánět senzibilizuje neurony na LTE-EMF, což vede ke změněnému zpracování akustických podnětů v ACx.
Elektromagnetické prostředí lidstva se v posledních třech desetiletích dramaticky změnilo v důsledku neustálého rozšiřování bezdrátové komunikace. V současné době více než dvě třetiny populace používají mobilní telefony (MP). Rozsáhlé rozšíření této technologie vyvolalo obavy a debatu o potenciálně nebezpečných účincích pulzních elektromagnetických polí (EMF) v rádiovém frekvenčním (RF) rozsahu, která jsou vyzařována MP nebo základnovými stanicemi a kódují komunikaci. Tento problém veřejného zdraví inspiroval řadu experimentálních studií věnovaných zkoumání účinků absorpce rádiových frekvencí v biologických tkáních1. Některé z těchto studií hledaly změny v aktivitě neuronální sítě a kognitivních procesech, vzhledem k blízkosti mozku ke zdrojům RF při všudypřítomném používání MP. Mnoho publikovaných studií se zabývá účinky pulzně modulovaných signálů používaných v globálním systému mobilní komunikace (GSM) druhé generace (2G) nebo v širokopásmových systémech s kódovým dělením vícenásobného přístupu (WCDMA) / univerzálních mobilních telekomunikačních systémech třetí generace (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. O účincích rádiových signálů používaných v mobilních službách čtvrté generace (4G), které se spoléhají na... plně digitální technologie internetového protokolu nazývaná technologie Long Term Evolution (LTE). Očekává se, že služba LTE pro mobilní telefony, spuštěná v roce 2011, dosáhne v lednu 2022 6,6 miliardy předplatitelů LTE po celém světě (GSMA: //gsacom.com). Ve srovnání se systémy GSM (2G) a WCDMA (3G) založenými na modulačních schématech s jedním nosičem používá LTE jako základní formát signálu ortogonální frekvenční multiplexování (OFDM)6. Mobilní služby LTE celosvětově používají řadu různých frekvenčních pásem mezi 450 a 3700 MHz, včetně pásem 900 a 1800 MHz, která se také používají v GSM.
Schopnost vystavení rádiovým frekvencím (RF) ovlivnit biologické procesy je do značné míry určena specifickou mírou absorpce (SAR) vyjádřenou ve W/kg, která měří energii absorbovanou v biologické tkáni. Účinky akutní 30minutové expozice hlavy signálům LTE o frekvenci 2,573 GHz na aktivitu globální neuronální sítě byly nedávno zkoumány u zdravých lidských dobrovolníků. Pomocí fMRI v klidovém stavu bylo pozorováno, že expozice LTE může vyvolat spontánní pomalé frekvenční fluktuace a změny v intra- nebo interregionální konektivitě, zatímco prostorové maximální úrovně SAR průměrované na 10 g tkáně se odhadovaly na 0,42 až 1,52 W/kg, podle témat 7, 8, 9. Analýza EEG za podobných expozičních podmínek (trvání 30 minut, odhadovaná maximální úroveň SAR 1,34 W/kg s použitím reprezentativního modelu lidské hlavy) prokázala snížený spektrální výkon a hemisférickou koherenci v alfa a beta pásmech. Dvě další studie založené na analýze EEG však zjistily, že 20 nebo 30 minut expozice hlavy LTE s maximálními lokálními úrovněmi SAR stanovenými na přibližně 2 W/kg nemělo detekovatelnou... účinek11 nebo vedl ke snížení spektrálního výkonu v alfa pásmu, zatímco kognitivní funkce hodnocená Stroopovým testem se nezměnila12. Významné rozdíly byly zjištěny také ve výsledcích EEG nebo kognitivních studií, které se konkrétně zabývaly účinky expozice elektromagnetickému poli GSM nebo UMTS. Předpokládá se, že vznikají v důsledku rozdílů v návrhu metody a experimentálních parametrech, včetně typu a modulace signálu, intenzity a trvání expozice, nebo v důsledku heterogenity lidských subjektů s ohledem na věk, anatomii nebo pohlaví.
Dosud bylo provedeno jen málo studií na zvířatech, které by určily, jak expozice LTE signalizaci ovlivňuje mozkové funkce. Nedávno bylo hlášeno, že systémová expozice vyvíjejících se myší od pozdního embryonálního stádia do odstavu (30 min/den, 5 dní/týden, s průměrnou celotělovou SAR 0,5 nebo 1 W/kg) vedla ke změněnému motorickému chování a chuťovému chování v dospělosti 14. Bylo zjištěno, že opakovaná systémová expozice (2 ha denně po dobu 6 týdnů) u dospělých potkanů ​​indukuje oxidační stres a snižuje amplitudu vizuálních evokovaných potenciálů získaných z optického nervu, s maximální SAR odhadovanou na pouhých 10 mW/kg 15.
Kromě analýzy v různých měřítkách, včetně buněčné a molekulární úrovně, lze modely hlodavců použít ke studiu účinků vystavení rádiovým vlnám během onemocnění, jak se dříve zaměřovalo na elektromagnetické pole GSM nebo WCDMA/3G UMTS v kontextu akutního neurozánětu. Studie prokázaly účinky záchvatů, neurodegenerativních onemocnění nebo gliomů 16,17,18,19,20.
Hlodavci s injekčním lipopolysacharidem (LPS) představují klasický preklinický model akutních neurozánětlivých reakcí spojených s benigními infekčními onemocněními způsobenými viry nebo bakteriemi, které každoročně postihují většinu populace. Tento zánětlivý stav vede k reverzibilnímu onemocnění a depresivnímu behaviorálnímu syndromu charakterizovanému horečkou, ztrátou chuti k jídlu a sníženou sociální interakcí. Rezidentní fagocyty CNS, jako jsou mikroglie, jsou klíčovými efektorovými buňkami této neurozánětlivé reakce. Léčba hlodavců LPS spouští aktivaci mikroglií charakterizovanou remodelací jejich tvaru a buněčných procesů a hlubokými změnami v profilu transkriptomu, včetně zvýšené regulace genů kódujících prozánětlivé cytokiny nebo enzymy, které ovlivňují neuronální sítě (Aktivity 22, 23, 24).
Studiem účinků jednorázové 2hodinové expozice hlavy elektromagnetickému záření GSM-1800 MHz u potkanů ​​léčených LPS jsme zjistili, že signalizace GSM spouští buněčné reakce v mozkové kůře, což ovlivňuje genovou expresi, fosforylaci glutamátových receptorů, meta-evokované neuronální záněty a morfologii mikroglií v mozkové kůře. Tyto účinky nebyly detekovány u zdravých potkanů, kteří dostali stejnou expozici GSM, což naznačuje, že LPS-spuštěný neurozánětlivý stav senzibilizuje buňky CNS na signalizaci GSM. Zaměřili jsme se na sluchovou kůru (ACx) potkanů ​​léčených LPS, kde lokální SAR dosahoval průměrné hodnoty 1,55 W/kg, a pozorovali jsme, že expozice GSM vedla ke zvýšení délky nebo větvení mikrogliálních výběžků a ke snížení neuronálních reakcí vyvolaných čistými tóny a .Přirozená stimulace 28.
V této studii jsme se zaměřili na to, zda by vystavení hlavy signálům LTE-1800 MHz mohlo také změnit morfologii mikroglií a neuronální aktivitu v ACx, a snížit tak sílu expozice o dvě třetiny. Ukazujeme, že signalizace LTE neměla žádný vliv na mikrogliální procesy, ale přesto spustila významné snížení zvukem evokované kortikální aktivity u ACx krys léčených LPS s hodnotou SAR 0,5 W/kg.
Vzhledem k předchozím důkazům, že expozice GSM-1800 MHz mění morfologii mikroglií za prozánětlivých podmínek, jsme tento účinek zkoumali po expozici LTE signalizaci.
Dospělým krysám byl 24 hodin před simulovanou expozicí pouze na hlavě nebo expozicí LTE-1800 MHz injekčně podán LPS. Po expozici byly v mozkové kůře zavedeny LPS-spuštěné neurozánětlivé reakce, jak ukazuje zvýšená regulace prozánětlivých genů a změny v morfologii kortikálních mikroglií (obrázek 1). Výkon vystavený LTE hlavou byl nastaven tak, aby se dosáhlo průměrné úrovně SAR 0,5 W/kg v ACx (obrázek 2). Abychom zjistili, zda mikroglie aktivované LPS reagují na LTE EMF, analyzovali jsme kortikální řezy obarvené anti-Iba1, které tyto buňky selektivně označilo. Jak je znázorněno na obrázku 3a, v řezech ACx fixovaných 3 až 4 hodiny po simulované expozici nebo expozici LTE vypadaly mikroglie pozoruhodně podobně a vykazovaly „hustou“ buněčnou morfologii vyvolanou prozánětlivou léčbou LPS (obrázek 1). V souladu s absencí morfologických odpovědí kvantitativní analýza obrazu neodhalila žádné významné rozdíly v celkové ploše (nepárový t-test, p = 0,308) ani ploše (p = 0,196) a hustota (p = 0,061) imunoreaktivity Iba1 při porovnání expozice buněčným tělům barveným Iba 1 u potkanů ​​LTE oproti zvířatům vystaveným simulované expozici (obr. 3b-d).
Účinky i.p. injekce LPS na morfologii kortikálních mikroglií. Reprezentativní pohled na mikroglie v koronální části mozkové kůry (dorzomediální oblast) 24 hodin po intraperitoneální injekci LPS nebo vehikula (kontrola). Buňky byly obarveny protilátkou anti-Iba1, jak bylo popsáno dříve. Prozánětlivá léčba LPS vedla ke změnám v morfologii mikroglií, včetně proximálního ztluštění a zvětšení krátkých sekundárních větví buněčných výběžků, což vedlo k „hustému“ vzhledu. Měřítko: 20 µm.
Dozimetrická analýza specifické absorpční rychlosti (SAR) v mozku potkanů ​​během expozice LTE s frekvencí 1800 MHz. K posouzení lokální SAR v mozku byl použit dříve popsaný heterogenní model fantomové krysy a smyčkové antény62 s kubickou mřížkou 0,5 mm3. (a) Globální pohled na model krysy v expozičním nastavení se smyčkovou anténou nad hlavou a kovovou tepelnou podložkou (žlutá) pod tělem. (b) Rozložení hodnot SAR v dospělém mozku při prostorovém rozlišení 0,5 mm3. Oblast vymezená černým obrysem v sagitálním řezu odpovídá primární sluchové kůře, kde se analyzuje mikrogliální a neuronální aktivita. Barevně kódovaná stupnice hodnot SAR platí pro všechny numerické simulace zobrazené na obrázku.
Mikroglie injikované LPS ve sluchové kůře potkanů ​​po expozici LTE nebo simulované expozici. (a) Reprezentativní složený pohled na mikroglie obarvené protilátkou anti-Iba1 v koronálních řezech sluchové kůry potkanů ​​perfuzované LPS 3 až 4 hodiny po simulované expozici nebo expozici LTE (expozice). Měřítko: 20 µm. (bd) Morfometrické hodnocení mikroglií 3 až 4 hodiny po simulaci (otevřené tečky) nebo expozici LTE (expozice, černé tečky). (b, c) Prostorové pokrytí (b) markeru mikroglií Iba1 a oblastí těl buněk pozitivních na Iba1 (c). Data představují oblast obarvení anti-Iba1 normalizovanou na průměr ze zvířat vystavených simulaci. (d) Počet těl buněk mikroglií obarvených anti-Iba1. Rozdíly mezi zvířaty vystavenými simulaci (n = 5) a LTE (n = 6) nebyly významné (p > 0,05, nepárový t-test). Horní a dolní část rámečku, horní a dolní čára představují 25.–75. percentil a 5.–95. percentil. Průměrná hodnota je v rámečku vyznačena červeně.
Tabulka 1 shrnuje počty zvířat a vícejednotkové záznamy získané v primární sluchové kůře čtyř skupin krys (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS). V níže uvedených výsledcích zahrnujeme všechny záznamy, které vykazují významné spektrální časové receptivní pole (STRF), tj. tónem evokované reakce alespoň o 6 standardních odchylek vyšší než spontánní frekvence spouštění (viz tabulka 1). Použitím tohoto kritéria jsme vybrali 266 záznamů pro skupinu Sham, 273 záznamů pro skupinu Exposed, 299 záznamů pro skupinu Sham-LPS a 295 záznamů pro skupinu Exposed-LPS.
V následujících odstavcích nejprve popíšeme parametry extrahované ze spektrálně-časového receptivního pole (tj. odezvy na čisté tóny) a odezvy na xenogenní specifické vokalizace. Poté popíšeme kvantifikaci plochy frekvenční odezvy získané pro každou skupinu. Vzhledem k přítomnosti „vnořených dat“30 v našem experimentálním návrhu byly všechny statistické analýzy provedeny na základě počtu pozic v poli elektrod (poslední řádek v tabulce 1), ale všechny níže popsané efekty byly také založeny na počtu pozic v každé skupině. Celkový počet shromážděných vícejednotkových záznamů (třetí řádek v tabulce 1).
Obrázek 4a ukazuje optimální frekvenční rozložení (BF, vyvolávající maximální odezvu při 75 dB SPL) kortikálních neuronů získaných u zvířat ošetřených LPS v simulované a exponované skupině. Frekvenční rozsah BF v obou skupinách byl rozšířen od 1 kHz do 36 kHz. Statistická analýza ukázala, že tato rozložení byla podobná (chí-kvadrát, p = 0,278), což naznačuje, že srovnání mezi oběma skupinami by mohlo být provedeno bez zkreslení vzorkování.
Vliv expozice LTE na kvantifikované parametry kortikálních odpovědí u zvířat ošetřených LPS. (a) Distribuce BF v kortikálních neuronech zvířat ošetřených LPS vystavených LTE (černá) a zvířat vystavených simulované expozici LTE (bílá). Mezi těmito dvěma distribucemi není žádný rozdíl. (bf) Vliv expozice LTE na parametry kvantifikující spektrální časové receptivní pole (STRF). Síla odpovědi byla významně snížena (*p < 0,05, nepárový t-test) napříč STRF (celková síla odpovědi) i optimálními frekvencemi (b,c). Doba trvání odpovědi, šířka pásma odpovědi a konstanta šířky pásma (df). Síla i časová spolehlivost odpovědí na vokalizace byly sníženy (g, h). Spontánní aktivita nebyla významně snížena (i). (*p < 0,05, nepárový t-test). (j,k) Vliv expozice LTE na kortikální prahy. Průměrné prahy byly významně vyšší u krys vystavených LTE ve srovnání s krysami vystavenými simulované expozici. Tento efekt je výraznější u nízkých a středních frekvencí.
Obrázky 4b-f ukazují rozložení parametrů odvozených ze STRF pro tato zvířata (průměry jsou označeny červenými čarami). Účinky expozice LTE na zvířata léčená LPS naznačovaly sníženou neuronální excitabilitu. Za prvé, celková intenzita odpovědi a odpovědi byly u BF významně nižší ve srovnání se zvířaty se simulovanou LPS (obr. 4b,c nepárový t-test, p = 0,0017; a p = 0,0445). Podobně se snížila jak síla odpovědi, tak i spolehlivost mezi pokusy u odpovědí na komunikační zvuky (obr. 4g,h; nepárový t-test, p = 0,043). Spontánní aktivita byla snížena, ale tento účinek nebyl významný (obr. 4i; p = 0,0745). Doba trvání odpovědi, šířka pásma ladění a latence odpovědi nebyly u zvířat léčených LPS ovlivněny expozicí LTE (obr. 4d-f), což naznačuje, že frekvenční selektivita a přesnost nástupu odpovědí nebyly u zvířat léčených LPS ovlivněny expozicí LTE.
Dále jsme posoudili, zda byly prahy čistých tónů kortikální tkáně změněny expozicí LTE. Z plochy frekvenční odezvy (FRA) získané z každého záznamu jsme stanovili sluchové prahy pro každou frekvenci a tyto prahy zprůměrovali pro obě skupiny zvířat. Obrázek 4j ukazuje průměrné (± sem) prahy od 1,1 do 36 kHz u krys ošetřených LPS. Porovnání sluchových prahů skupin Sim a Exposed ukázalo podstatné zvýšení prahů u exponovaných zvířat ve srovnání se zvířaty Sim (obr. 4j), což byl efekt, který byl výraznější u nízkých a středních frekvencí. Přesněji řečeno, u nízkých frekvencí (< 2,25 kHz) se podíl neuronů A1 s vysokým prahem zvýšil, zatímco podíl neuronů s nízkým a středním prahem se snížil (chí-kvadrát = 43,85; p < 0,0001; obr. 4k, levý obrázek). Stejný efekt byl pozorován i při střední frekvenci (2,25 < Freq(kHz) < 11): vyšší podíl kortikálních záznamů se středními prahy a menší podíl neuronů s nízkými prahy ve srovnání s neexponovanou skupinou (chí-kvadrát = 71,17; p < 0,001; obrázek 4k, prostřední panel). Významný rozdíl v prahu byl také zjištěn u vysokofrekvenčních neuronů (≥ 11 kHz, p = 0,0059); podíl nízkoprahových neuronů se snížil a podíl neuronů se středním a vysokým prahem se zvýšil (chí-kvadrát = 10,853; p = 0,04, obrázek 4k, pravý panel).
Obrázek 5a ukazuje optimální distribuci frekvencí (BF, vyvolávající maximální odezvu při 75 dB SPL) kortikálních neuronů získaných u zdravých zvířat pro simulovanou a exponovanou skupinu. Statistická analýza ukázala, že obě distribuce byly podobné (chí-kvadrát, p = 0,157), což naznačuje, že srovnání mezi oběma skupinami by mohlo být provedeno bez zkreslení vzorkování.
Vliv expozice LTE na kvantifikované parametry kortikálních odpovědí u zdravých zvířat. (a) Distribuce BF v kortikálních neuronech zdravých zvířat vystavených LTE (tmavě modrá) a simulovaně vystavených LTE (světle modrá). Mezi těmito dvěma distribucemi není žádný rozdíl. (bf) Vliv expozice LTE na parametry kvantifikující spektrální časové receptivní pole (STRF). Nebyla pozorována žádná významná změna v intenzitě odpovědi v rámci STRF a optimálních frekvencí (b,c). Dochází k mírnému prodloužení doby trvání odpovědi (d), ale nedošlo ke změně v šířce pásma odpovědi a šířce pásma (e, f). Nezměnila se ani síla, ani časová spolehlivost odpovědí na vokalizace (g, h). Nebyla pozorována žádná významná změna ve spontánní aktivitě (i). (*p < 0,05 nepárový t-test). (j,k) Vliv expozice LTE na kortikální prahy. V průměru se prahy u krys vystavených LTE významně nezměnily ve srovnání s krysami vystavenými simulovaně, ale vyšší frekvenční prahy byly u exponovaných zvířat mírně nižší.
Obrázky 5b-f ukazují krabicové grafy představující distribuci a průměr (červená čára) parametrů odvozených ze dvou sad STRF. U zdravých zvířat měla samotná expozice LTE malý vliv na průměrnou hodnotu parametrů STRF. Ve srovnání se skupinou Sham (světle vs. tmavě modré rámečky pro exponovanou skupinu) expozice LTE nezměnila ani celkovou intenzitu odpovědi, ani odpověď BF (obr. 5b,c; nepárový t-test, p = 0,2176 a p = 0,8696). Nebyl také zjištěn žádný vliv na spektrální šířku pásma a latenci (p = 0,6764 a p = 0,7129), ale došlo k významnému prodloužení doby trvání odpovědi (p = 0,047). Nebyl také zjištěn žádný vliv na sílu vokalizačních odpovědí (obr. 5g, p = 0,4375), spolehlivost těchto odpovědí mezi pokusy (obr. 5h, p = 0,3412) a spontánní aktivitu (obr. 5).5i; p = 0,3256).
Obrázek 5j ukazuje průměrné (± sem) prahové hodnoty od 1,1 do 36 kHz u zdravých krys. Nebyl zjištěn významný rozdíl mezi kontrolovanými a exponovanými krysami, s výjimkou mírně nižšího prahu u exponovaných zvířat při vysokých frekvencích (11–36 kHz) (nepárový t-test, p = 0,0083). Tento efekt odráží skutečnost, že u exponovaných zvířat bylo v tomto frekvenčním rozsahu (chí-kvadrát = 18,312, p = 0,001; obr. 5k) o něco více neuronů s nízkými a středními prahy (zatímco s vysokými prahy bylo neuronů méně).
Závěrem lze říci, že když byla zdravá zvířata vystavena LTE, nebyl pozorován žádný vliv na sílu odezvy na čisté tóny a složité zvuky, jako jsou vokalizace. U zdravých zvířat byly kortikální sluchové prahy podobné u exponovaných a kontrolních zvířat, zatímco u zvířat ošetřených LPS vedla expozice LTE k podstatnému zvýšení kortikálních prahů, zejména v rozsahu nízkých a středních frekvencí.
Naše studie ukázala, že u dospělých samců potkanů, kteří prodělali akutní neurozánět, vedla expozice LTE-1800 MHz s lokálním SARACx 0,5 W/kg (viz Metody) k významnému snížení intenzity zvukově evokovaných reakcí v primárních záznamech komunikace. Tyto změny v neuronální aktivitě se vyskytly bez jakékoli zjevné změny v rozsahu prostorové domény pokryté mikrogliálními výběžky. Tento vliv LTE na intenzitu kortikálně evokovaných reakcí nebyl u zdravých potkanů ​​pozorován. Vzhledem k podobnosti v optimálním rozložení frekvencí mezi záznamovými jednotkami u zvířat vystavených LTE a simulovaně vystavených lze rozdíly v neuronální reaktivitě připsat spíše biologickým účinkům signálů LTE než zkreslení vzorkování (obr. 4a). Absence změn v latenci odezvy a šířce pásma spektrálního ladění u potkanů ​​vystavených LTE dále naznačuje, že tyto záznamy byly s největší pravděpodobností vzorkovány ze stejných kortikálních vrstev, které se nacházejí v primárních oblastech ACx, nikoli v sekundárních oblastech.
Pokud je nám známo, vliv signalizace LTE na neuronální reakce nebyl dosud popsán. Předchozí studie však dokumentovaly schopnost GSM-1800 MHz nebo kontinuální vlny (CW) 1800 MHz měnit neuronální excitabilitu, i když s významnými rozdíly v závislosti na experimentálním přístupu. Krátce po expozici CW 1800 MHz při úrovni SAR 8,2 W/kg vykazovaly záznamy z hlemýždích ganglií snížené prahy pro spouštění akčních potenciálů a neuronální modulace. Na druhou stranu, aktivita spiknutí a vzplanutí v primárních neuronálních kulturách odvozených z mozku potkanů ​​byla snížena expozicí GSM-1800 MHz nebo CW 1800 MHz po dobu 15 minut při SAR 4,6 W/kg. Tato inhibice byla pouze částečně reverzibilní do 30 minut od expozice. Úplného umlčení neuronů bylo dosaženo při SAR 9,2 W/kg. Analýza dávkové odezvy ukázala, že GSM-1800 MHz byl účinnější než CW 1800 MHz při potlačování vzplanutí aktivity, což naznačuje, že neuronální... Odezvy závisí na modulaci RF signálu.
V našem prostředí byly kortikální evokované reakce shromažďovány in vivo 3 až 6 hodin po ukončení 2hodinové expozice pouze na hlavu. V předchozí studii jsme zkoumali vliv GSM-1800 MHz při SARACx 1,55 W/kg a nezjistili jsme žádný významný vliv na zvukem evokované kortikální reakce u zdravých potkanů. Zde byl jediným významným účinkem vyvolaným u zdravých potkanů ​​expozicí LTE-1800 při 0,5 W/kg SARACx mírné prodloužení trvání reakce po prezentaci čistých tónů. Tento účinek je obtížné vysvětlit, protože není doprovázen zvýšením intenzity reakce, což naznačuje, že k tomuto delšímu trvání reakce dochází při stejném celkovém počtu akčních potenciálů vyvolaných kortikálními neurony. Jedním z vysvětlení by mohlo být, že expozice LTE může snižovat aktivitu některých inhibičních interneuronů, protože bylo zdokumentováno, že v primárním ACx dopředná inhibice řídí trvání odpovědí pyramidálních buněk spuštěných excitačním thalamickým vstupem33,34, 35, 36, 37.
Naproti tomu u krys vystavených neurozánětu spouštěnému LPS neměla expozice LTE žádný vliv na trvání zvukem vyvolaného neuronálního pálení, ale byly zjištěny významné účinky na sílu evokovaných reakcí. Ve skutečnosti, ve srovnání s neuronálními reakcemi zaznamenanými u krys vystavených LPS simulované expozici, vykazovaly neurony u krys léčených LPS vystavených LTE snížení intenzity svých reakcí, což je efekt pozorovaný jak při prezentaci čistých tónů, tak při přirozené vokalizaci. Snížení intenzity reakce na čisté tóny nastalo bez zúžení spektrální ladicí šířky pásma o 75 dB, a protože k němu došlo při všech intenzitách zvuku, vedlo ke zvýšení akustických prahů kortikálních neuronů při nízkých a středních frekvencích.
Snížení síly evokované odpovědi ukázalo, že účinek signalizace LTE při SARACx 0,5 W/kg u zvířat léčených LPS byl podobný účinku GSM-1800 MHz aplikovaného při třikrát vyšším SARACx (1,55 W/kg)28. Pokud jde o signalizaci GSM, vystavení hlavy LTE-1800 MHz může snižovat neuronální excitabilitu u neuronů ACx potkanů ​​vystavených neurozánětu spouštěnému LPS. V souladu s touto hypotézou jsme také pozorovali trend směrem ke snížené spolehlivosti neuronálních odpovědí na vokalizaci (obr. 4h) a snížené spontánní aktivitě (obr. 4i). Bylo však obtížné určit in vivo, zda signalizace LTE snižuje vnitřní excitabilitu neuronů nebo snižuje synaptický vstup, a tím řídí neuronální odpovědi v ACx.
Zaprvé, tyto slabší reakce mohou být způsobeny vnitřně sníženou excitabilitou kortikálních buněk po expozici LTE 1800 MHz. Tuto myšlenku podporuje fakt, že GSM-1800 MHz a 1800 MHz-CW snížily aktivitu impulzů při přímé aplikaci na primární kultury kortikálních neuronů potkanů ​​s hladinami SAR 3,2 W/kg a 4,6 W/kg, ale k významnému snížení aktivity impulzů byla nutná prahová úroveň SAR. V rámci zastávání se snížené vnitřní excitability jsme také pozorovali nižší míru spontánního pulzování u exponovaných zvířat než u zvířat vystavených simulované expozici.
Za druhé, expozice LTE může také ovlivnit synaptický přenos z thalamo-kortikálních nebo kortikálně-kortikálních synapsí. Četné záznamy nyní ukazují, že ve sluchové kůře není šířka spektrálního ladění určena pouze aferentními thalamickými projekcemi, ale že intrakortikální spojení poskytují kortikálním místům další spektrální vstup39,40. V našich experimentech skutečnost, že kortikální STRF vykazovala podobné šířky pásma u exponovaných a simulovaně exponovaných zvířat, nepřímo naznačovala, že účinky expozice LTE nebyly účinky na kortikálně-kortikální konektivitu. To také naznačuje, že vyšší konektivita v jiných kortikálních oblastech exponovaných při SAR než měřená v ACx (obr. 2) nemusí být zodpovědná za zde uvedené změněné reakce.
Zde větší podíl kortikálních záznamů vystavených LPS vykazoval vysoké prahy ve srovnání se zvířaty vystavenými LPS-shamu. Vzhledem k tomu, že bylo navrženo, že kortikální akustický práh je primárně řízen silou thalamo-kortikální synapse39,40, lze předpokládat, že thalamo-kortikální přenos je expozicí částečně snížen, a to buď na presynaptické (snížené uvolňování glutamátu), nebo postsynaptické úrovni (snížený počet nebo afinita receptorů).
Podobně jako u účinků GSM-1800 MHz se změněné neuronální reakce indukované LTE vyskytovaly v kontextu neurozánětu spouštěného LPS, charakterizovaného mikrogliálními reakcemi. Současné důkazy naznačují, že mikroglie silně ovlivňují aktivitu neuronálních sítí v normálním i patologickém mozku41,42,43. Jejich schopnost modulovat neurotransmisi závisí nejen na produkci sloučenin, které produkují a které mohou nebo mohou omezovat neurotransmisi, ale také na vysoké motilitě jejich buněčných výběžků. V mozkové kůře jak zvýšená, tak snížená aktivita neuronálních sítí spouští rychlou expanzi prostorové domény mikroglií v důsledku růstu mikrogliálních výběžků44,45. Zejména mikrogliální výběžky se rekrutují v blízkosti aktivovaných thalamokortikálních synapsí a mohou inhibovat aktivitu excitačních synapsí prostřednictvím mechanismů zahrnujících lokální produkci adenosinu zprostředkovanou mikroglií.
U potkanů ​​léčených LPS, kteří byli vystaveni působení GSM-1800 MHz s dávkou SARACx 1,55 W/kg, došlo ke snížení aktivity neuronů ACx s růstem mikrogliálních výběžků, což se projevilo významnými oblastmi barvenými Iba1 při zvýšení ACx28. Toto pozorování naznačuje, že remodelace mikroglií spuštěná expozicí GSM může aktivně přispívat k GSM-indukovanému snížení zvukově evokovaných neuronálních reakcí. Naše současná studie v kontextu expozice hlavy LTE s dávkou SARACx omezenou na 0,5 W/kg tuto hypotézu vyvrací, protože jsme nezjistili žádné zvýšení prostorové domény pokryté mikrogliálními výběžky. To však nevylučuje žádný vliv signalizace LTE na mikroglii aktivovanou LPS, což může následně ovlivnit neuronální aktivitu. Pro zodpovězení této otázky a pro určení mechanismů, kterými akutní neurozánět mění neuronální reakce na signalizaci LTE, jsou zapotřebí další studie.
Pokud je nám známo, vliv signálů LTE na sluchové zpracování nebyl dosud studován. Naše předchozí studie26,28 a současná studie ukázaly, že v podmínkách akutního zánětu vedla expozice samotné hlavy signálu GSM-1800 MHz nebo LTE-1800 MHz k funkčním změnám neuronálních reakcí v ACx, jak ukazuje zvýšení sluchového prahu. Z nejméně dvou hlavních důvodů by kochleární funkce neměla být ovlivněna naší expozicí LTE. Zaprvé, jak je ukázáno v dozimetrické studii znázorněné na obrázku 2, nejvyšší hladiny SAR (blízké 1 W/kg) se nacházejí v dorsomediální kůře (pod anténou) a podstatně klesají s laterálním a laterálním pohybem. Ventrální část hlavy. Lze odhadnout, že je to přibližně 0,1 W/kg na úrovni boltce krysy (pod zvukovodem). Zadruhé, když byly uši morčete vystaveny po dobu 2 měsíců signálu GSM 900 MHz (5 dní v týdnu, 1 hodina denně, SAR mezi 1 a 4 W/kg), došlo... Nebyly zjištěny žádné detekovatelné změny ve velikosti otoakustických prahů zkreslení pro emisi a sluchové reakce mozkového kmene 47. Navíc opakované vystavení hlavy GSM 900 nebo 1800 MHz při lokálním SAR 2 W/kg neovlivnilo funkci vnějších vláskových buněk kochley u zdravých potkanů ​​48,49. Tyto výsledky odpovídají údajům získaným u lidí, kde výzkumy ukázaly, že 10 až 30minutové vystavení EMF z mobilních telefonů GSM nemá konzistentní vliv na sluchové zpracování, jak bylo hodnoceno na úrovni kochley 50,51,52 nebo mozkového kmene 53,54.
V naší studii byly in vivo pozorovány změny v neuronální aktivitě vyvolané LTE 3 až 6 hodin po ukončení expozice. V předchozí studii dorsomediální části kortexu nebylo několik účinků vyvolaných GSM-1800 MHz pozorovaných 24 hodin po expozici detekovatelných 72 hodin po expozici. To je případ expanze mikrogliálních výběžků, downregulace genu IL-1ß a posttranslační modifikace AMPA receptorů. Vzhledem k tomu, že sluchová kůra má nižší hodnotu SAR (0,5 W/kg) než dorsomediální oblast (2,94 W/kg26), se zde uvedené změny neuronální aktivity zdají být přechodné.
Naše data by měla zohledňovat kvalifikační limity SAR a odhady skutečných hodnot SAR dosažených v mozkové kůře uživatelů mobilních telefonů. Současné normy používané na ochranu veřejnosti stanoví limit SAR na 2 W/kg pro lokalizované vystavení hlavy nebo trupu rádiovým frekvencím v rozsahu RF 100 kHz a 6 GHz.
Simulace dávek byly provedeny s použitím různých modelů lidské hlavy za účelem stanovení absorpce vysokofrekvenčního výkonu v různých tkáních hlavy během obecné komunikace hlavou nebo mobilním telefonem. Kromě rozmanitosti modelů lidské hlavy tyto simulace zdůrazňují významné rozdíly nebo nejistoty v odhadu energie absorbované mozkem na základě anatomických nebo histologických parametrů, jako je vnější nebo vnitřní tvar lebky, tloušťka nebo obsah vody. Různé tkáně hlavy se značně liší v závislosti na věku, pohlaví nebo jednotlivci 56,57,58. Charakteristiky mobilních telefonů, jako je vnitřní umístění antény a poloha mobilního telefonu vzhledem k hlavě uživatele, dále silně ovlivňují úroveň a rozložení hodnot SAR v mozkové kůře 59,60. Vzhledem k hlášenému rozložení SAR v lidské mozkové kůře, které bylo stanoveno z modelů mobilních telefonů vyzařujících rádiové frekvence v rozsahu 1800 MHz 58, 59, 60, se však zdá, že úrovně SAR dosažené v lidské sluchové kůře jsou stále nedostatečné – v polovině lidské mozkové kůry. Naše studie (SARACx 0,5 W/kg). Naše data proto nezpochybňují současné limity hodnot SAR platné pro veřejnost.
Závěrem lze říci, že naše studie ukazuje, že jednorázová expozice LTE-1800 MHz pouze na hlavu interferuje s neuronálními reakcemi kortikálních neuronů na senzorické podněty. V souladu s předchozími charakterizacemi účinků GSM signalizace naše výsledky naznačují, že účinky LTE signalizace na neuronální aktivitu se liší podle zdravotního stavu. Akutní neurozánět senzibilizuje neurony na LTE-1800 MHz, což vede ke změněnému kortikálnímu zpracování sluchových podnětů.
Data byla shromážděna ve věku 55 dnů z mozkové kůry 31 dospělých samců potkanů ​​kmene Wistar získaných v laboratoři Janvier. Potkani byli chováni v zařízení s kontrolovanou vlhkostí (50-55 %) a teplotou (22-24 °C) s cyklem světlo/tma 12 h/12 ​​​​h (světla se rozsvěcují v 7:30) s volným přístupem k potravě a vodě. Všechny experimenty byly provedeny v souladu s pokyny stanovenými směrnicí Rady Evropských společenství (směrnice Rady 2010/63/EU), které jsou podobné těm, které jsou popsány v pokynech Společnosti pro neurovědy pro používání zvířat v neurovědeckém výzkumu. Tento protokol byl schválen etickou komisí Paris-Sud and Center (CEEA č. 59, projekt 2014-25, národní protokol 03729.02) za použití postupů validovaných touto komisí 32-2011 a 34-2012.
Zvířata byla po dobu alespoň 1 týdne před ošetřením LPS a vystavením (nebo simulovaným vystavením) LTE-EMF zvyklá na koloniální komory.
Dvaceti dvěma potkanům byl intraperitoneálně (ip) injikován LPS E. coli (250 µg/kg, sérotyp 0127:B8, SIGMA) zředěný sterilním izotonickým fyziologickým roztokem bez endotoxinů 24 hodin před LTE nebo simulovanou expozicí (n na skupinu). = 11). U 2měsíčních samců potkanů ​​Wistar vyvolává tato léčba LPS neurozánětlivou reakci, která je v mozkové kůře charakterizována několika prozánětlivými geny (tumor nekrotizující faktor alfa, interleukin 1ß, CCL2, NOX2, NOS2), jejichž exprese byla 24 hodin po injekci LPS zvýšena, včetně 4násobného a 12násobného zvýšení hladin transkriptů kódujících enzym NOX2 a interleukin 1ß. V tomto 24hodinovém časovém bodě vykazovaly kortikální mikroglie typickou „hustou“ buněčnou morfologii očekávanou prozánětlivou aktivací buněk spouštěnou LPS (obrázek 1), což je v kontrastu s aktivací spouštěnou LPS jinými geny. Buněčná prozánětlivá aktivace odpovídá 24, 61.
Expozice pouze hlavy LTE EMF byla provedena s použitím experimentálního uspořádání dříve použitého k hodnocení účinku GSM EMF26. Expozice LTE byla provedena 24 hodin po injekci LPS (11 zvířat) nebo bez ošetření LPS (5 zvířat). Zvířata byla před expozicí lehce anestetizována ketaminem/xylazinem (ketamin 80 mg/kg, ip; xylazin 10 mg/kg, ip), aby se zabránilo pohybu a aby se zajistilo, že hlava zvířete je v smyčkové anténě vyzařující signál LTE (reprodukovatelné umístění níže). Polovina krys ze stejné klece sloužila jako kontrola (11 zvířat s falešnou expozicí z 22 krys předem ošetřených LPS): byly umístěny pod smyčkovou anténu a energie signálu LTE byla nastavena na nulu. Hmotnost exponovaných a falešně exponovaných zvířat byla podobná (p = 0,558, nepárový t-test, ns). Všechna anestetizovaná zvířata byla umístěna na vyhřívací podložku bez kovu, aby se jejich tělesná teplota udržela kolem 37 °C po celou dobu expozice. experiment. Stejně jako v předchozích experimentech byla doba expozice nastavena na 2 hodiny. Po expozici bylo zvíře umístěno na operačním sále na jinou vyhřívací podložku. Stejný expoziční postup byl aplikován na 10 zdravých krysách (neošetřených LPS), z nichž polovina byla simulovaně vystavena ze stejné klece (p = 0,694).
Expoziční systém byl podobný systémům 25, 62 popsaným v předchozích studiích, s tím rozdílem, že generátor radiofrekvenčních signálů byl nahrazen generátorem elektromagnetických polí LTE namísto GSM. Stručně řečeno, RF generátor (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Německo) emitující elektromagnetické pole LTE - 1800 MHz byl připojen k výkonovému zesilovači (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, USA), cirkulátoru (D3 1719-N, Sodhy, Francie), dvoucestnému vazebnímu členu (CD D 1824-2, −30 dB, Sodhy, Francie) a čtyřcestnému děliči výkonu (DC D 0922-4N, Sodhy, Francie), což umožňovalo simultánní expozici čtyř zvířat. Měřič výkonu (N1921A, Agilent, USA) připojený k obousměrnému vazebnímu členu umožňoval kontinuální měření a monitorování dopadajícího a odraženého výkonu v zařízení. Každý výstup byl připojen k smyčkové anténě (Sama-Sistemi srl; Roma), což umožňuje částečné odkrytí hlavy zvířete. Smyčková anténa se skládá z plošného spoje se dvěma kovovými linkami (dielektrická konstanta εr = 4,6) vyrytými na izolačním epoxidovém substrátu. Na jednom konci se zařízení skládá z 1 mm širokého drátu tvořícího prstenec umístěný blízko hlavy zvířete. Stejně jako v předchozích studiích26,62 byla specifická míra absorpce (SAR) stanovena numericky pomocí numerického modelu krysy a metody konečných diferencí v časové doméně (FDTD)63,64,65. Byly také stanoveny experimentálně na homogenním modelu krysy pomocí sond Luxtron k měření nárůstu teploty. V tomto případě se SAR ve W/kg vypočítá pomocí vzorce: SAR = C ΔT/Δt, kde C je tepelná kapacita v J/(kg K), ΔT ve °K a Δt změna teploty v sekundách. Numericky stanovené hodnoty SAR byly porovnány s experimentálními hodnotami SAR získanými pomocí homogenního modelu, zejména v ekvivalentních oblastech mozku krysy. Rozdíl mezi numerickými měřeními SAR a experimentálně zjištěnými hodnotami SAR je menší než 30 %.
Obrázek 2a ukazuje distribuci SAR v mozku potkanů ​​v modelu, která odpovídá distribuci z hlediska tělesné hmotnosti a velikosti potkanů ​​použitých v naší studii. Průměrná hodnota SAR mozku byla 0,37 ± 0,23 W/kg (průměr ± SD). Hodnoty SAR jsou nejvyšší v kortikální oblasti těsně pod smyčkovou anténou. Lokální SAR v ACx (SARACx) byla 0,50 ± 0,08 W/kg (průměr ± SD) (obr. 2b). Vzhledem k tomu, že tělesné hmotnosti exponovaných potkanů ​​jsou homogenní a rozdíly v tloušťce tkáně hlavy jsou zanedbatelné, očekává se, že skutečná hodnota SAR ACx nebo jiných kortikálních oblastí bude u jednotlivých exponovaných zvířat velmi podobná.
Na konci expozice byly zvířatům podávány další dávky ketaminu (20 mg/kg, ip) a xylazinu (4 mg/kg, ip), dokud po sevření zadní tlapky nebyly pozorovány žádné reflexní pohyby. Lokální anestetikum (Xylocain 2 %) bylo subkutánně injikováno do kůže a spánkového svalu nad lebkou a zvířata byla umístěna na bezkovový topný systém. Po umístění zvířete do stereotaktického rámu byla provedena kraniotomie nad levou temporální kůrou. Stejně jako v naší předchozí studii66, počínaje od spojení temenní a spánkové kosti, byl otvor široký 9 mm a vysoký 5 mm. Dura mozková nad ACx byla opatrně odstraněna pod binokulární kontrolou bez poškození cév. Na konci zákroku byla zhotovena báze z dentálního akrylátového cementu pro atraumatickou fixaci hlavy zvířete během záznamu. Stereotaktický rám nesoucí zvíře byl umístěn do akustické tlumicí komory (IAC, model AC1).
Data byla získána z vícejednotkových záznamů v primární sluchové kůře 20 krys, včetně 10 zvířat předem ošetřených LPS. Extracelulární záznamy byly získány z pole 16 wolframových elektrod (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) sestávajícího ze dvou řad po 8 elektrodách rozmístěných 1000 µm (350 µm mezi elektrodami ve stejné řadě). Stříbrný drát (ø: 300 µm) pro uzemnění byl vložen mezi spánkovou kost a kontralaterální tvrdou plenu. Odhadovaná poloha primárního ACx je 4-7 mm posteriorně od bregmatu a 3 mm ventrálně od supratemporálního švu. Nezpracovaný signál byl 10 000krát zesílen (TDT Medusa) a poté zpracován vícekanálovým systémem pro sběr dat (RX5, TDT). Signály shromážděné z každé elektrody byly filtrovány (610–10 000 Hz) pro extrakci vícejednotkové aktivity (MUA). Spouštěcí úrovně byly pro každou elektrodu pečlivě nastaveny (spoluautory zaslepenými ohledně exponované nebo simulovaně exponované stavy) pro výběr největšího akčního potenciálu ze signálu. Online a offline kontrola průběhů ukázala, že zde shromážděná MUA sestávala z akčních potenciálů generovaných 3 až 6 neurony v blízkosti elektrod. Na začátku každého experimentu jsme nastavili polohu pole elektrod tak, aby dvě řady osmi elektrod mohly vzorkovat neurony, od nízkofrekvenčních po vysokofrekvenční odezvy při provádění v rostrální orientaci.
Akustické stimuly byly generovány v Matlabu, přeneseny do systému pro dodávání zvuku (TDT) založeného na RP2.1 a odeslány do reproduktoru Fostex (FE87E). Reproduktor byl umístěn 2 cm od pravého ucha krysy, v této vzdálenosti reproduktor produkoval ploché frekvenční spektrum (± 3 dB) mezi 140 Hz a 36 kHz. Kalibrace reproduktoru byla provedena pomocí šumu a čistých tónů nahraných mikrofonem Bruel a Kjaer 4133 připojeným k předzesilovači B&K 2169 a digitálnímu rekordéru Marantz PMD671. Spektrální časové receptivní pole (STRF) bylo stanoveno pomocí 97 gama-tónových frekvencí, pokrývajících 8 oktáv (0,14–36 kHz), prezentovaných v náhodném pořadí při 75 dB SPL a 4,15 Hz. Frekvenční odezva (FRA) je stanovena pomocí stejné sady tónů a prezentována v náhodném pořadí při 2 Hz od 75 do 5 dB SPL. Každá frekvence je prezentována osmkrát při každé intenzitě.
Byly také hodnoceny reakce na přirozené podněty. V předchozích studiích jsme pozorovali, že vokalizace potkanů ​​zřídka vyvolávala silné reakce v ACx, bez ohledu na neuronální optimální frekvenci (BF), zatímco specifické pro xenograft (např. vokalizace zpěvných ptáků nebo morčat) typicky vyvolávaly celou tónovou mapu. Proto jsme testovali kortikální reakce na vokalizace u morčat (pískání použité ve 36 bylo spojeno s 1 s podnětů, prezentovaných 25krát).

Můžeme také upravit pasivní RF součástky podle vašich požadavků. Můžete vstoupit na stránku pro přizpůsobení a zadat požadované specifikace.
https://www.keenlion.com/customization/

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