Новини

Дякуємо за відвідування Nature.com. Версія браузера, яку ви використовуєте, має обмежену підтримку CSS. Для найкращого досвіду рекомендуємо використовувати оновлений браузер (або вимкнути режим сумісності в Internet Explorer). Тим часом, щоб забезпечити постійну підтримку, ми відображатимемо сайт без стилів та JavaScript.
Постійно зростаючий попит на мобільний телефонний зв'язок призвів до постійної появи бездротових технологій (БТ), які можуть мати різний вплив на біологічні системи. Щоб перевірити це, ми піддали щурів впливу на одну голову електромагнітного поля (ЕМП) довгострокової еволюції (LTE) -1800 МГц протягом 2 годин. Потім ми оцінили вплив гострого нейрозапалення, індукованого ліпополісахаридом, на просторове покриття мікроглії та електрофізіологічну нейрональну активність у первинній слуховій корі (ПСК). Середній коефіцієнт коефіцієнта акустичного впливу (КАК) у ПСК становить 0,5 Вт/кг. Багатофакторні записи показують, що ЕМП ЛТЕ викликає зниження інтенсивності реакції на чисті тони та природні вокалізації, одночасно збільшуючи акустичний поріг для низьких та середніх частот. Імуногістохімія Iba1 не виявила змін у площі, покритій мікрогліальними тілами та відростками. У здорових щурів той самий вплив ЛТЕ не викликав змін інтенсивності реакції та акустичних порогів. Наші дані показують, що гостре нейрозапалення сенсибілізує нейрони до ЕМП ЛТЕ, що призводить до зміни обробки акустичних стимулів у ПСК.
Електромагнітне середовище людства різко змінилося за останні три десятиліття через постійне розширення бездротового зв'язку. Наразі понад дві третини населення вважаються користувачами мобільних телефонів (МТ). Масштабне поширення цієї технології викликало занепокоєння та дискусії щодо потенційно небезпечного впливу імпульсних електромагнітних полів (ЕМП) у радіочастотному (РЧ) діапазоні, які випромінюються МТ або базовими станціями та кодують зв'язок. Ця проблема громадського здоров'я надихнула на низку експериментальних досліджень, присвячених дослідженню впливу поглинання радіочастот у біологічних тканинах1. Деякі з цих досліджень шукали зміни в активності нейронної мережі та когнітивних процесах, враховуючи близькість мозку до джерел РЧ під час повсюдного використання МТ. Багато опублікованих досліджень стосуються впливу імпульсно-модульованих сигналів, що використовуються в глобальній системі мобільного зв'язку другого покоління (2G) (GSM) або широкосмугових системах багатоканального доступу з кодовим поділом каналів (WCDMA)/універсальних мобільних телекомунікаційних системах третього покоління (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Мало що відомо про вплив радіочастотних сигналів, що використовуються в мобільних службах четвертого покоління (4G), які залежать від... повністю цифрова технологія інтернет-протоколу, що називається технологією Long Term Evolution (LTE). Запущена в 2011 році, служба мобільних телефонів LTE, як очікується, досягне 6,6 мільярда абонентів LTE у світі до січня 2022 року (GSMA: //gsacom.com). Порівняно з системами GSM (2G) та WCDMA (3G), що базуються на схемах модуляції з однією несучою, LTE використовує ортогональне частотне мультиплексування (OFDM) як основний формат сигналу. У всьому світі мобільні служби LTE використовують ряд різних частотних діапазонів від 450 до 3700 МГц, включаючи діапазони 900 та 1800 МГц, які також використовуються в GSM.
Здатність радіочастотного впливу впливати на біологічні процеси значною мірою визначається питомим коефіцієнтом поглинання (SAR), вираженим у Вт/кг, який вимірює енергію, поглинену біологічною тканиною. Нещодавно було досліджено вплив гострого 30-хвилинного впливу на голову сигналів LTE частотою 2,573 ГГц на активність глобальної нейронної мережі на здорових добровольцях. За допомогою фМРТ у стані спокою було виявлено, що вплив LTE може викликати спонтанні повільні коливання частоти та зміни внутрішньо- або міжрегіональної зв'язності, тоді як просторові пікові рівні SAR, усереднені на 10 г тканини, оцінювалися в діапазоні від 0,42 до 1,52 Вт/кг, згідно з темами 7, 8, 9. Аналіз ЕЕГ за аналогічних умов впливу (тривалість 30 хв, розрахунковий піковий рівень SAR 1,34 Вт/кг з використанням репрезентативної моделі голови людини) продемонстрував зниження спектральної потужності та півкульової когерентності в альфа- та бета-діапазонах. Однак два інші дослідження, засновані на аналізі ЕЕГ, показали, що 20 або 30 хвилин впливу LTE на голову з максимальними локальними рівнями SAR, встановленими на рівні близько 2 Вт/кг, не мали жодної виявленої ефект11 або призвів до зниження спектральної потужності в альфа-діапазоні, тоді як когнітивні функції, оцінені за допомогою тесту Струпа, не змінилися12. Значні відмінності також були виявлені в результатах ЕЕГ або когнітивних досліджень, що спеціально розглядали вплив впливу електромагнітних полів GSM або UMTS. Вважається, що вони виникають через варіації в дизайні методу та експериментальних параметрах, включаючи тип та модуляцію сигналу, інтенсивність та тривалість впливу, або через гетерогенність людей щодо віку, анатомії чи статі.
Досі було проведено небагато досліджень на тваринах, щоб визначити, як вплив сигналізації LTE впливає на функцію мозку. Нещодавно повідомлялося, що системний вплив на мишей, що розвиваються, від пізньої ембріональної стадії до відлучення (30 хв/день, 5 днів/тиждень, із середнім коефіцієнтом коефіцієнта швидкості випромінювання (SAR) для всього тіла 0,5 або 1 Вт/кг) призвів до зміненої рухової поведінки та апетиту в дорослому віці 14. Було виявлено, що повторний системний вплив (2 га на день протягом 6 тижнів) на дорослих щурів викликає оксидативний стрес і зменшує амплітуду зорових викликаних потенціалів, отриманих від зорового нерва, з максимальним SAR, який оцінюється в 10 мВт/кг 15.
Окрім аналізу на різних рівнях, включаючи клітинний та молекулярний, моделі гризунів можуть бути використані для вивчення впливу радіочастотного випромінювання під час захворювання, як раніше було зосереджено на електромагнітних випромінюваннях GSM або WCDMA/3G UMTS у контексті гострого нейрозапалення. Дослідження показали вплив судом, нейродегенеративних захворювань або гліом 16,17,18,19,20.
Гризуни, яким вводять ліпополісахарид (ЛПС), є класичною доклінічною моделлю гострих нейрозапальних реакцій, пов'язаних з доброякісними інфекційними захворюваннями, спричиненими вірусами або бактеріями, які щорічно вражають більшість населення. Цей запальний стан призводить до оборотного захворювання та депресивного поведінкового синдрому, що характеризується лихоманкою, втратою апетиту та зниженням соціальної взаємодії. Резидентні фагоцити ЦНС, такі як мікроглія, є ключовими ефекторними клітинами цієї нейрозапальної реакції. Лікування гризунів ЛПС запускає активацію мікроглії, що характеризується ремоделюванням їхньої форми та клітинних процесів, а також глибокими змінами в профілі транскриптома, включаючи підвищення регуляції генів, що кодують прозапальні цитокіни або ферменти, які впливають на нейронні мережі (Заходи 22, 23, 24).
Вивчаючи вплив одноразового 2-годинного впливу на голову електромагнітного випромінювання GSM-1800 MHz на щурів, оброблених LPS, ми виявили, що сигналізація GSM запускає клітинні реакції в корі головного мозку, впливаючи на експресію генів, фосфорилювання рецепторів глутамату, нейрональну мета-індукцію та морфологію мікроглії в корі головного мозку. Ці ефекти не були виявлені у здорових щурів, які отримували таке ж опромінення GSM, що свідчить про те, що нейрозапальний стан, викликаний LPS, сенсибілізує клітини ЦНС до сигналізації GSM. Зосереджуючись на слуховій корі (ACx) щурів, оброблених LPS, де локальний SAR в середньому становив 1,55 Вт/кг, ми спостерігали, що вплив GSM призвів до збільшення довжини або розгалуження мікрогліальних відростків та зменшення нейрональних реакцій, викликаних чистими тонами та .Природна стимуляція 28.
У цьому дослідженні ми мали на меті з'ясувати, чи може вплив сигналів LTE-1800 MHz лише на голову також змінити морфологію мікроглії та нейрональну активність в ACx, зменшуючи потужність впливу на дві третини. Ми показуємо, що сигналізація LTE не впливала на процеси мікроглії, але все ж викликала значне зниження звуково-індукованої кортикальної активності в ACx щурів, оброблених LPS, зі значенням SAR 0,5 Вт/кг.
Враховуючи попередні дані про те, що вплив GSM-1800 MHz змінював морфологію мікроглії в прозапальних умовах, ми дослідили цей ефект після впливу сигналізації LTE.
Дорослим щурам вводили ЛПС за 24 години до імітаційного впливу лише на голову або впливу LTE-1800 MHz. Після впливу в корі головного мозку встановлювалися нейрозапальні реакції, спричинені ЛПС, що проявляється підвищеною регуляцією прозапальних генів та змінами морфології кортикальної мікроглії (Рисунок 1). Потужність, що випромінюється головкою LTE, була встановлена ​​для отримання середнього рівня SAR 0,5 Вт/кг в ACx (Рисунок 2). Щоб визначити, чи реагують мікроглії, активовані ЛПС, на електромагнітне поле LTE, ми проаналізували зрізи кори, забарвлені анти-Iba1, які вибірково мітили ці клітини. Як показано на Рисунку 3a, у зрізах ACx, фіксованих через 3-4 години після імітаційного впливу або впливу LTE, мікроглія виглядала разюче схожою, демонструючи «щільноподібну» морфологію клітин, викликану прозапальною обробкою ЛПС (Рисунок 1). Відповідно до відсутності морфологічних реакцій, кількісний аналіз зображень не виявив суттєвих відмінностей у загальній площі (непарний t-тест, p = 0,308) або площі (p = 0,196) та щільність (p = 0,061) імунореактивності Iba1 при порівнянні впливу клітинних тіл, забарвлених Iba 1, у щурів LTE з тваринами, які отримували контрольовану дозу (рис. 3b-d).
Вплив внутрішньоочеревинної ін'єкції ЛПС на морфологію кортикальної мікроглії. Репрезентативне зображення мікроглії в корональному зрізі кори головного мозку (дорсомедіальна область) через 24 години після внутрішньочеревної ін'єкції ЛПС або носія (контроль). Клітини забарвлювали антитілом проти Iba1, як описано раніше. Прозапальна обробка ЛПС призвела до змін морфології мікроглії, включаючи проксимальне потовщення та збільшення коротких вторинних гілок клітинних відростків, що призвело до «щільноподібного» вигляду. Масштабна шкала: 20 мкм.
Дозиметричний аналіз питомого коефіцієнта поглинання (SAR) у мозку щура під час впливу LTE 1800 MHz. Для оцінки локального SAR у мозку було використано раніше описану гетерогенну модель фантомного щура та петльової антени62 з кубічною сіткою 0,5 мм3. (a) Глобальний вигляд моделі щура в умовах експозиції з петльовою антеною над головою та металевою термопрокладкою (жовта) під тілом. (b) Розподіл значень SAR у дорослому мозку з просторовою роздільною здатністю 0,5 мм3. Площа, обмежена чорним контуром у сагітальному розрізі, відповідає первинній слуховій корі, де аналізується мікрогліальна та нейронна активність. Кольорова шкала значень SAR застосовується до всіх числових симуляцій, показаних на рисунку.
Мікроглія, введена LPS, у слухову кору щурів після впливу LTE або імітаційного впливу.(a) Репрезентативне багатошарове зображення мікроглії, забарвленої антитілом проти Iba1, у корональних зрізах слухової кори щурів, перфузованої LPS, через 3-4 години після впливу Sham або LTE (експозиція). Масштабна шкала: 20 мкм.(bd) Морфометрична оцінка мікроглії через 3-4 години після імітаційного впливу (відкриті точки) або впливу LTE (експозиція, чорні точки).(b, c) Просторове покриття (b) маркера мікроглії Iba1 та ділянок тіл Iba1-позитивних клітин (c). Дані представляють площу забарвлення анти-Iba1, нормалізовану до середнього значення для тварин, які зазнали впливу Sham.(d) Кількість тіл мікрогліальних клітин, забарвлених анти-Iba1. Різниця між тваринами Sham (n = 5) та LTE (n = 6) була незначною (p > 0,05, непарний t-тест). Верхня та нижня частини прямокутника, верхня та нижня лінії представляють 25-75-й процентиль та 5-95-й процентиль відповідно. Середнє значення позначено червоним кольором у рамці.
У таблиці 1 підсумовано кількість тварин та багатоодиничні записи, отримані в первинній слуховій корі чотирьох груп щурів (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS). У наведених нижче результатах ми включаємо всі записи, які демонструють значне спектральне часове рецептивне поле (STRF), тобто викликані тоном відповіді щонайменше на 6 стандартних відхилень вищі, ніж частота спонтанних спрацьовувань (див. таблицю 1). Застосовуючи цей критерій, ми відібрали 266 записів для групи Sham, 273 записи для групи Exposed, 299 записів для групи Sham-LPS та 295 записів для групи Exposed-LPS.
У наступних абзацах ми спочатку опишемо параметри, отримані зі спектрально-часового рецептивного поля (тобто реакції на чисті тони) та реакції на ксеногенні специфічні вокалізації. Потім ми опишемо кількісну оцінку площі частотної характеристики, отриманої для кожної групи. Враховуючи наявність «вкладених даних»30 у нашому експериментальному дизайні, усі статистичні аналізи проводилися на основі кількості положень у масиві електродів (останній рядок у Таблиці 1), але всі ефекти, описані нижче, також базувалися на кількості положень у кожній групі. Загальна кількість зібраних багатоодиничних записів (третій рядок у Таблиці 1).
На рисунку 4a показано оптимальний розподіл частот (BF, що викликає максимальну відповідь при 75 дБ SPL) кортикальних нейронів, отриманих у тварин, оброблених LPS (імунологічна терапія) та тварин, що зазнали впливу LPS. Діапазон частот BF в обох групах був розширений від 1 кГц до 36 кГц. Статистичний аналіз показав, що ці розподіли були подібними (хі-квадрат, p = 0,278), що свідчить про те, що порівняння між двома групами можна проводити без систематичної помилки вибірки.
Вплив впливу LTE на кількісні параметри кортикальних відповідей у ​​тварин, оброблених LPS.(a) Розподіл BF у кортикальних нейронах тварин, оброблених LPS, які зазнали впливу LTE (чорний) та тих, хто зазнав фіктивного впливу LTE (білий). Між цими двома розподілами немає різниці.(bf) Вплив впливу LTE на параметри, що кількісно визначають спектральне часове рецептивне поле (STRF). Сила реакції була значно знижена (*p < 0,05, непарний t-тест) як для STRF (загальна сила реакції), так і для оптимальних частот (b,c). Тривалість реакції, смуга пропускання реакції та константа смуги пропускання (df). Як сила, так і часова надійність відповідей на вокалізації були знижені (g, h). Спонтанна активність не була значно знижена (i).(*p < 0,05, непарний t-тест).(j,k) Вплив впливу LTE на кортикальні пороги. Середні пороги були значно вищими у щурів, які зазнали впливу LTE, порівняно з щурами, які зазнали фіктивного впливу. Цей ефект більш виражений на низьких та середніх частотах.
На рисунках 4b-f показано розподіл параметрів, отриманих з STRF для цих тварин (середні значення позначені червоними лініями). Вплив впливу LTE на тварин, оброблених LPS, ймовірно, вказував на зниження збудливості нейронів. По-перше, загальна інтенсивність реакції та реакції були значно нижчими у BF порівняно з тваринами Sham-LPS (рис. 4b,c непарний t-тест, p = 0,0017; та p = 0,0445). Аналогічно, реакції на звуки зв'язку зменшилися як за силою реакції, так і за міжвипробувальною надійністю (рис. 4g,h; непарний t-тест, p = 0,043). Спонтанна активність зменшилася, але цей ефект не був значним (рис. 4i; p = 0,0745). Тривалість реакції, смуга пропускання налаштування та латентність реакції не залежали від впливу LTE у тварин, оброблених LPS (рис. 4d-f), що вказує на те, що частотна селективність та точність початку реакцій не залежали від впливу LTE у тварин, оброблених LPS.
Далі ми оцінили, чи змінювалися пороги чистого тону кори головного мозку під впливом ЛТЕ. За площею частотної характеристики (FRA), отриманою з кожного запису, ми визначили слухові пороги для кожної частоти та усереднили ці пороги для обох груп тварин. На рисунку 4j показано середні (± sem) пороги від 1,1 до 36 кГц у щурів, оброблених ЛПС. Порівняння слухових порогів груп Sham та Exposed показало суттєве збільшення порогів у опромінених тварин порівняно з тваринами Sham (рис. 4j), ефект якого був більш вираженим на низьких та середніх частотах. Точніше, на низьких частотах (< 2,25 кГц) частка нейронів A1 з високим порогом збільшилася, тоді як частка нейронів з низьким та середнім порогом зменшилася (хі-квадрат = 43,85; p < 0,0001; рис. 4k, лівий малюнок). Той самий ефект спостерігався на середній частоті (2,25 < Freq(kHz) < 11): вища частка кортикальних записів із проміжними порогами та менша частка нейронів з низькими порогами порівняно з неопроміненою групою (хі-квадрат = 71,17; p < 0,001; Рисунок 4k, середня панель). Також спостерігалася значна різниця у порозі для високочастотних нейронів (≥ 11 кГц, p = 0,0059); частка нейронів з низьким порогом зменшилася, а частка нейронів із середньо-високим порогом збільшилася (хі-квадрат = 10,853; p = 0,04 Рисунок 4k, права панель).
На рисунку 5a показано оптимальний розподіл частот (BF, що викликає максимальну реакцію при рівні звукового тиску 75 дБ) кортикальних нейронів, отриманий у здорових тварин для груп, що піддавалася впливу плацебо, та груп, що піддавалася впливу опромінення. Статистичний аналіз показав, що два розподіли були подібними (хі-квадрат, p = 0,157), що свідчить про можливість порівняння між двома групами без упередженості вибірки.
Вплив впливу LTE на кількісні параметри кортикальних відповідей у ​​здорових тварин.(a) Розподіл BF у кортикальних нейронах здорових тварин, що зазнали впливу LTE (темно-синій) та тих, хто зазнав фіктивного впливу LTE (світло-синій). Між цими двома розподілами немає різниці.(bf) Вплив впливу LTE на параметри, що кількісно визначають спектральне часове рецептивне поле (STRF). Не спостерігалося суттєвих змін інтенсивності відповіді по всьому STRF та оптимальним частотам (b,c). Спостерігається незначне збільшення тривалості відповіді (d), але не спостерігається змін у смузі пропускання та смузі пропускання відповіді (e, f). Не змінилася ні сила, ні часова надійність відповідей на вокалізації (g, h). Не спостерігалося суттєвих змін у спонтанній активності (i).(*p < 0,05 непарний t-тест).(j,k) Вплив впливу LTE на кортикальні пороги. В середньому, пороги суттєво не змінювалися у щурів, що зазнали впливу LTE, порівняно з щурами, які зазнали фіктивного впливу, але пороги вищої частоти були дещо нижчими у тварин, що зазнали впливу.
На рисунках 5b-f показано коробкові діаграми, що представляють розподіл та середнє значення (червона лінія) параметрів, отриманих з двох наборів STRF. У здорових тварин сам вплив LTE мав незначний вплив на середнє значення параметрів STRF. Порівняно з групою Sham (світло-сині прямокутники проти темно-синіх для групи, що отримувала вплив), вплив LTE не змінив ні загальну інтенсивність відповіді, ні відповідь BF (рис. 5b,c; непарний t-тест, p = 0,2176 та p = 0,8696 відповідно). Також не було виявлено впливу на спектральну смугу пропускання та затримку (p = 0,6764 та p = 0,7129 відповідно), але спостерігалося значне збільшення тривалості відповіді (p = 0,047). Також не було виявлено впливу на силу вокалізаційних відповідей (рис. 5g, p = 0,4375), міжвипробувальну надійність цих відповідей (рис. 5h, p = 0,3412) та спонтанну активність (рис. 5).5i; p = 0,3256).
На рисунку 5j показано середні (± sem) пороги від 1,1 до 36 кГц у здорових щурів. Не виявлено суттєвої різниці між контрольованими та опроміненими щурами, за винятком дещо нижчого порогу у опромінених тварин на високих частотах (11–36 кГц) (непарний t-критерій, p = 0,0083). Цей ефект відображає той факт, що у опромінених тварин у цьому діапазоні частот (хі-квадрат = 18,312, p = 0,001; рис. 5k) було дещо більше нейронів з низькими та середніми порогами (тоді як з високими порогами нейронів було менше).
На завершення, коли здорові тварини отримували ЛТЕ, це не впливало на силу реакції на чисті тони та складні звуки, такі як вокалізації. Крім того, у здорових тварин пороги слухової чутливості кори головного мозку були подібними у тварин, що отримували вплив, та тварин, що отримували фізіологічний ефект, тоді як у тварин, оброблених ЛПС, вплив ЛТЕ призвів до значного підвищення порогів слухової чутливості кори головного мозку, особливо в діапазоні низьких та середніх частот.
Наше дослідження показало, що у дорослих самців щурів, які перенесли гостре нейрозапалення, вплив LTE-1800 MHz з локальним SARACx 0,5 Вт/кг (див. Методи) призвів до значного зниження інтенсивності звукових реакцій у первинних записах комунікації. Ці зміни нейронної активності відбувалися без будь-яких видимих ​​змін у протяжності просторового домену, охопленого мікрогліальними відростками. Цей вплив LTE на інтенсивність кортикальних викликаних реакцій не спостерігався у здорових щурів. Враховуючи подібність оптимального розподілу частот між одиницями запису у тварин, які зазнали впливу LTE, та тварин, які зазнали впливу фіктивно, відмінності в нейрональній реактивності можна пояснити біологічними ефектами сигналів LTE, а не зміщенням вибірки (рис. 4a). Крім того, відсутність змін у затримці відповіді та пропускній здатності спектрального налаштування у щурів, які зазнали впливу LTE, свідчить про те, що, найімовірніше, ці записи були отримані з тих самих кортикальних шарів, які розташовані в первинних ACx, а не у вторинних областях.
Наскільки нам відомо, вплив сигналізації LTE на нейрональні реакції раніше не повідомлявся. Однак попередні дослідження задокументували здатність GSM-1800 MHz або безперервної хвилі (CW) 1800 MHz змінювати збудливість нейронів, хоча й зі значними відмінностями залежно від експериментального підходу. Невдовзі після впливу CW 1800 MHz при рівні SAR 8,2 Вт/кг, записи з гангліїв равликів показали зниження порогів для запуску потенціалів дії та нейрональної модуляції. З іншого боку, пікова та розривна активність у первинних нейрональних культурах, отриманих з мозку щурів, знижувалася при впливі CW GSM-1800 MHz або 1800 MHz протягом 15 хвилин при SAR 4,6 Вт/кг. Це гальмування було лише частково оборотним протягом 30 хвилин після впливу. Повне заглушення нейронів було досягнуто при SAR 9,2 Вт/кг. Аналіз доза-відповідь показав, що GSM-1800 MHz був ефективнішим, ніж CW 1800 MHz, у пригніченні імпульсної активності, що свідчить про те, що нейрони... відповіді залежать від модуляції радіочастотного сигналу.
У наших умовах кортикальні викликані реакції збирали in vivo через 3-6 годин після закінчення 2-годинного впливу лише на голову. У попередньому дослідженні ми досліджували вплив GSM-1800 MHz при SARACx 1,55 Вт/кг і не виявили значного впливу на викликані звуком кортикальні реакції у здорових щурів. Тут єдиним значним ефектом, викликаним у здорових щурів впливом LTE-1800 при SARACx 0,5 Вт/кг, було незначне збільшення тривалості реакції при пред'явленні чистих тонів. Цей ефект важко пояснити, оскільки він не супроводжується збільшенням інтенсивності реакції, що свідчить про те, що ця довша тривалість реакції відбувається з тією ж загальною кількістю потенціалів дії, що викликаються кортикальними нейронами. Одним із пояснень може бути те, що вплив LTE може знижувати активність деяких гальмівних інтернейронів, оскільки було задокументовано, що в первинному ACx пряме гальмування контролює тривалість реакцій пірамідних клітин, викликаних збуджуючим таламічним входом 33,34, 35, 36, 37.
На противагу цьому, у щурів, які зазнали нейрозапалення, спричиненого ЛПС, вплив ЛТЕ не впливав на тривалість нейрональної активації, викликаної звуком, але було виявлено значний вплив на силу викликаних відповідей. Фактично, порівняно з нейрональними відповідями, зареєстрованими у щурів, які отримували фіктивний вплив ЛПС, нейрони у щурів, оброблених ЛПС та зазнали впливу ЛТЕ, демонстрували зниження інтенсивності своїх відповідей, ефект, який спостерігався як при пред'явленні чистих тонів, так і при природних вокалізації. Зниження інтенсивності реакції на чисті тони відбувалося без звуження спектральної смуги налаштування на 75 дБ, і оскільки це відбувалося при всіх інтенсивностях звуку, це призвело до підвищення акустичних порогів кортикальних нейронів на низьких і середніх частотах.
Зниження сили викликаної реакції показало, що ефект сигналізації LTE при SARACx 0,5 Вт/кг у тварин, оброблених LPS, був подібним до ефекту GSM-1800 MHz, застосованого при втричі вищій SARACx (1,55 Вт/кг)28. Що стосується сигналізації GSM, вплив LTE-1800 MHz на голову може знижувати збудливість нейронів у нейронах ACx щурів, що зазнали нейрозапалення, викликаного LPS. Відповідно до цієї гіпотези, ми також спостерігали тенденцію до зниження надійності дослідження нейрональних відповідей на вокалізацію (рис. 4h) та зниження спонтанної активності (рис. 4i). Однак, in vivo було важко визначити, чи зменшує сигналізація LTE внутрішню збудливість нейронів, чи зменшує синаптичний вхід, тим самим контролюючи нейрональні відповіді в ACx.
По-перше, ці слабші реакції можуть бути пов'язані зі зниженою внутрішньою збудливістю кортикальних клітин після впливу LTE 1800 MHz. Підтверджуючи цю ідею, GSM-1800 MHz та 1800 MHz-CW зменшили активність спалахів при безпосередньому застосуванні до первинних культур кортикальних нейронів щурів з рівнями SAR 3,2 Вт/кг та 4,6 Вт/кг відповідно, але для значного зниження активності спалахів був потрібен пороговий рівень SAR. Відстоюючи ідею зниження внутрішньої збудливості, ми також спостерігали нижчі показники спонтанної збудливості у тварин, що зазнали впливу, ніж у тварин, які зазнали фіктивного впливу.
По-друге, вплив LTE може також впливати на синаптичну передачу від таламо-кортикальних або корково-кортикальних синапсів. Численні записи зараз показують, що в слуховій корі широта спектрального налаштування визначається не лише аферентними таламічними проекціями, але й що внутрішньокортикальні зв'язки надають додатковий спектральний вхід до кортикальних ділянок39,40. У наших експериментах той факт, що кортикальний STRF демонстрував подібну пропускну здатність у тварин, що зазнали впливу, та тварин, що отримали фіктивний вплив, опосередковано свідчив про те, що вплив LTE не був впливом на корково-кортикальну зв'язок. Це також свідчить про те, що вища зв'язок в інших кортикальних ділянках, що зазнали впливу SAR, ніж виміряна в ACx (рис. 2), може не бути відповідальною за змінені реакції, про які повідомляється тут.
Тут більша частка кортикальних записів, що зазнали впливу ЛПС, показала високі пороги порівняно з тваринами, які зазнали впливу ЛПС у вигляді фіктивного впливу. Враховуючи, що було запропоновано, що кортикальний акустичний поріг в першу чергу контролюється силою таламо-кортикального синапсу39,40, можна припустити, що таламо-кортикальна передача частково знижується внаслідок впливу, або на пресинаптичному (знижене вивільнення глутамату), або на постсинаптичному рівні (знижена кількість або спорідненість рецепторів).
Подібно до ефектів GSM-1800 MHz, змінені нейрональні відповіді, індуковані LTE, виникали в контексті нейрозапалення, викликаного LPS, що характеризується мікрогліальними реакціями. Сучасні дані свідчать про те, що мікроглія сильно впливає на активність нейронних мереж у нормальному та патологічному мозку 41,42,43. Їхня здатність модулювати нейротрансмісію залежить не лише від продукції сполук, які вони виробляють, що можуть обмежувати або обмежувати нейротрансмісію, але й від високої рухливості їхніх клітинних відростків. У корі головного мозку як підвищена, так і знижена активність нейронних мереж запускає швидке розширення просторового домену мікроглії через ріст мікрогліальних відростків 44,45. Зокрема, мікрогліальні випинання рекрутуються поблизу активованих таламокортикальних синапсів і можуть пригнічувати активність збуджуючих синапсів через механізми, що включають локальне вироблення аденозину, опосередковане мікроглією.
У щурів, оброблених LPS, які піддавалися впливу GSM-1800 MHz з SARACx при 1,55 Вт/кг, спостерігалося зниження активності нейронів ACx зі зростанням мікрогліальних відростків, що характеризувалося значними ділянками, забарвленими Iba1, при збільшенні ACx28. Це спостереження свідчить про те, що ремоделювання мікроглії, викликане впливом GSM, може активно сприяти зменшенню нейрональних відповідей, викликаних звуком, індукованих GSM. Наше поточне дослідження спростовує цю гіпотезу в контексті впливу LTE на голову з обмеженням SARACx до 0,5 Вт/кг, оскільки ми не виявили збільшення просторової області, охопленої мікрогліальними відростками. Однак це не виключає будь-якого впливу сигналізації LTE на мікроглію, активовану LPS, що, у свою чергу, може впливати на нейрональну активність. Необхідні подальші дослідження, щоб відповісти на це питання та визначити механізми, за допомогою яких гостре нейрозапалення змінює нейрональні відповіді на сигналізацію LTE.
Наскільки нам відомо, вплив сигналів LTE на обробку слухової інформації раніше не вивчався. Наші попередні дослідження26,28 та поточне дослідження показали, що в умовах гострого запалення вплив лише на голову сигналами GSM-1800 MHz або LTE-1800 MHz призвів до функціональних змін нейронних відповідей в ACx, що підтверджується підвищенням порогу слуху. Принаймні з двох основних причин, кохлеарна функція не повинна зазнавати впливу нашого впливу LTE. По-перше, як показано в дозиметричному дослідженні, показаному на рисунку 2, найвищі рівні SAR (близько 1 Вт/кг) розташовані в дорсомедіальній корі (під антеною), і вони суттєво зменшуються при більш латеральному та латеральному русі. Вентральна частина голови. Його можна оцінити приблизно на рівні 0,1 Вт/кг на рівні вушної раковини щура (під слуховим проходом). По-друге, коли вуха морської свинки піддавалися впливу протягом 2 місяців на частоті GSM 900 MHz (5 днів/тиждень, 1 година/день, SAR від 1 до 4 Вт/кг), спостерігалося... не було виявлено жодних змін у величині отоакустичних порогів випромінювання та слухових реакцій стовбура мозку, що спотворюються 47. Крім того, багаторазовий вплив на голову радіочастотами GSM 900 або 1800 МГц при локальному коефіцієнті поглинання кохлеї 2 Вт/кг не впливав на функцію зовнішніх волоскових клітин залитки у здорових щурів 48, 49. Ці результати перегукуються з даними, отриманими на людях, де дослідження показали, що 10-30-хвилинний вплив електромагнітних полів від мобільних телефонів GSM не має послідовного впливу на обробку слуху, оцінену на рівні залитки 50, 51, 52 або стовбура мозку 53, 54.
У нашому дослідженні зміни нейрональної активності, спричинені LTE, спостерігалися in vivo через 3-6 годин після закінчення впливу. У попередньому дослідженні дорсомедіальної частини кори кілька ефектів, викликаних GSM-1800 MHz, що спостерігалися через 24 години після впливу, більше не виявлялися через 72 години після впливу. Це стосується розширення мікрогліальних відростків, зниження регуляції гена IL-1ß та посттрансляційної модифікації AMPA-рецепторів. Враховуючи, що слухова кора має нижче значення SAR (0,5 Вт/кг), ніж дорсомедіальна область (2,94 Вт/кг26), зміни нейрональної активності, про які повідомляється тут, здаються тимчасовими.
Наші дані повинні враховувати кваліфікаційні ліміти SAR та оцінки фактичних значень SAR, досягнутих у корі головного мозку користувачів мобільних телефонів. Поточні стандарти, що використовуються для захисту населення, встановлюють ліміт SAR на рівні 2 Вт/кг для локалізованого впливу радіочастот у діапазоні 100 кГц та 6 ГГц на голову або тулуб.
Моделювання доз було проведено з використанням різних моделей людської голови для визначення поглинання радіочастотної потужності в різних тканинах голови під час загального спілкування головою або мобільним телефоном. На додаток до різноманітності моделей людської голови, ці моделювання виявляють значні відмінності або невизначеності в оцінці енергії, що поглинається мозком, на основі анатомічних або гістологічних параметрів, таких як зовнішня або внутрішня форма черепа, товщина або вміст води. Різні тканини голови сильно відрізняються залежно від віку, статі або індивідуальних особливостей 56,57,58. Крім того, характеристики стільникового телефону, такі як внутрішнє розташування антени та положення стільникового телефону відносно голови користувача, сильно впливають на рівень та розподіл значень SAR у корі головного мозку 59,60. Однак, враховуючи зареєстровані розподіли SAR у корі головного мозку людини, які були встановлені на основі моделей стільникових телефонів, що випромінюють радіочастоти в діапазоні 1800 МГц 58, 59, 60, схоже, що рівні SAR, досягнуті в слуховій корі людини, все ще недостатньо застосовуються для половини кори головного мозку людини. Наше дослідження (SARACx 0,5 Вт/кг). Таким чином, наші дані не ставлять під сумнів поточні обмеження значень SAR, що застосовуються до населення.
На завершення, наше дослідження показує, що одноразовий вплив лише на голову LTE-1800 MHz перешкоджає нейрональним реакціям кортикальних нейронів на сенсорні подразники. Відповідно до попередніх характеристик впливу сигналізації GSM, наші результати свідчать про те, що вплив сигналізації LTE на нейрональну активність залежить від стану здоров'я. Гостре нейрозапалення сенсибілізує нейрони до LTE-1800 MHz, що призводить до зміни обробки слухових подразників у корі.
Дані були зібрані у віці 55 днів з кори головного мозку 31 дорослого самця щура Вістар, отриманого в лабораторії Janvier. Щурів утримували в приміщенні з контрольованою вологістю (50-55%) та температурою (22-24 °C) з циклом світло/темрява 12 год/12 ​​год (світло вмикалося о 7:30 ранку) з вільним доступом до їжі та води. Всі експерименти проводилися відповідно до рекомендацій, встановлених Директивою Ради Європейських Співтовариств (Директива Ради 2010/63/ЄС), які аналогічні тим, що описані в Керівних принципах Товариства нейронаук щодо використання тварин у нейронаукових дослідженнях. Цей протокол був схвалений Комітетом з етики Париж-Сюд та Центр (CEEA № 59, Проект 2014-25, Національний протокол 03729.02) з використанням процедур, валідованих цим комітетом 32-2011 та 34-2012.
Тварин привчали до колонійних камер щонайменше протягом 1 тижня до обробки LPS та впливу (або імітаційного впливу) LTE-EMP.
Двадцяти двом щурам внутрішньочеревно (іп) вводили ЛПС E. coli (250 мкг/кг, серотип 0127:B8, SIGMA), розведений стерильним ізотонічним розчином, вільним від ендотоксинів, за 24 години до ЛТЕ або контрольного впливу (n на групу). = 11). У 2-місячних самців щурів Вістар це лікування ЛПС викликає нейрозапальну реакцію, яка відзначається в корі головного мозку кількома прозапальними генами (фактор некрозу пухлини-альфа, інтерлейкін 1β, CCL2, NOX2, NOS2), рівень яких підвищувався через 24 години після ін'єкції ЛПС, включаючи 4- та 12-кратне збільшення рівнів транскриптів, що кодують фермент NOX2 та інтерлейкін 1β відповідно. У цей 24-годинний момент часу кортикальна мікроглія демонструвала типову «щільну» клітинну морфологію, очікувану для прозапальної активації клітин, викликаної ЛПС (Рисунок 1), що відрізняється від активації, викликаної ЛПС, іншими. Клітинна прозапальна активація відповідає 24, 61.
Вплив лише на голову електромагнітним полем LTE проводили з використанням експериментальної установки, яка раніше використовувалася для оцінки ефекту електромагнітного поля GSM26. Вплив LTE проводили через 24 години після ін'єкції LPS (11 тварин) або без обробки LPS (5 тварин). Тварин злегка анестезували кетаміном/ксилазином (кетамін 80 мг/кг, внутрішньоочеревинно; ксилазин 10 мг/кг, внутрішньоочеревинно) перед впливом, щоб запобігти руху та переконатися, що голова тварини знаходиться в петльовій антені, яка випромінює сигнал LTE (відтворюване місце нижче). Половина щурів з однієї клітки служила контролем (11 тварин, що зазнали впливу фіктивно, з 22 щурів, попередньо оброблених LPS): їх поміщали під петльову антену, а енергію сигналу LTE встановлювали на нуль. Вага тварин, що зазнали впливу, та тварин, що зазнали впливу фіктивно, була подібною (p = 0,558, непарний t-тест, ns). Усіх анестезованих тварин поміщали на безметалеву грілку для підтримки температури тіла близько 37°C протягом усього періоду. експеримент. Як і в попередніх експериментах, час експозиції було встановлено на 2 години. Після експозиції тварину помістили на іншу грілку в операційній. Таку ж процедуру експозиції застосували до 10 здорових щурів (не оброблених ЛПС), половина з яких була піддана фіктивному впливу з тієї ж клітки (p = 0,694).
Система опромінення була подібною до систем 25, 62, описаних у попередніх дослідженнях, з заміною радіочастотного генератора для генерації електромагнітних полів LTE замість GSM. Коротко кажучи, радіочастотний генератор (SMBV100A, 3,2 ГГц, Rohde & Schwarz, Німеччина), що випромінює електромагнітне поле LTE - 1800 МГц, був підключений до підсилювача потужності (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, США), циркулятора (D3 1719-N, Sodhy, Франція), двостороннього розгалужувача (CD D 1824-2, −30 дБ, Sodhy, Франція) та чотиристороннього дільника потужності (DC D 0922-4N, Sodhy, Франція), що дозволяло одночасно опромінювати чотирьох тварин. Вимірювач потужності (N1921A, Agilent, США), підключений до двонаправленого розгалужувача, дозволяв безперервно вимірювати та контролювати потужність падаючого та відбитого випромінювання всередині пристрою. Кожен вихід був підключений до рамкової антени (Sama-Sistemi srl;). Roma), що дозволяє частково оголити голову тварини. Петльова антена складається з друкованої плати з двома металевими лініями (діелектрична проникність εr = 4,6), вигравіруваними на ізоляційній епоксидній підкладці. На одному кінці пристрій складається з дроту шириною 1 мм, що утворює кільце, розміщене близько до голови тварини. Як і в попередніх дослідженнях26,62, питомий коефіцієнт поглинання (SAR) визначався чисельно за допомогою числової моделі щурів та методу кінцевих різниць у часовій області (FDTD)63,64,65. Вони також визначалися експериментально на однорідній моделі щурів за допомогою зондів Luxtron для вимірювання підвищення температури. У цьому випадку SAR у Вт/кг розраховується за формулою: SAR = C ΔT/Δt, де C - теплоємність у Дж/(кг K), ΔT - у °K та Δt - зміна температури за часом у секундах. Чисельно визначені значення SAR порівнювалися з експериментальними значеннями SAR, отриманими за допомогою однорідної моделі, особливо в еквівалентних областях мозку щурів. Різниця між числовими вимірюваннями SAR та експериментально виявленими значеннями SAR становить менше 30%.
На рисунку 2a показано розподіл коефіцієнта питомого коефіцієнта амплітудного коефіцієнта (SAR) у мозку щурів у моделі, що відповідає розподілу за масою тіла та розміром щурів, використаних у нашому дослідженні. Середнє значення SAR мозку становило 0,37 ± 0,23 Вт/кг (середнє ± стандартне відхилення). Значення SAR найвищі в області кори трохи нижче петльової антени. Локальне значення SAR в ACx (SARACx) становило 0,50 ± 0,08 Вт/кг (середнє ± стандартне відхилення) (рис. 2b). Оскільки маса тіла щурів, що зазнали впливу, є однорідною, а відмінності в товщині тканин голови незначні, очікується, що фактичне значення SAR ACx або інших областей кори буде дуже схожим у однієї опромінюваної тварини та іншої.
Після закінчення експозиції тваринам вводили додаткові дози кетаміну (20 мг/кг, внутрішньоочеревинно) та ксилазину (4 мг/кг, внутрішньоочеревинно), доки після защипування задньої лапи не спостерігалися рефлекторні рухи. Місцевий анестетик (ксилокаїн 2%) вводили підшкірно в шкіру та скроневий м'яз над черепом, і тварин поміщали на безметалеву систему обігріву. Після розміщення тварини в стереотаксичній рамці проводили краніотомію над лівою скроневою корою. Як і в нашому попередньому дослідженні66, починаючи від місця з'єднання тім'яної та скроневої кісток, отвір мав ширину 9 мм і висоту 5 мм. Тверду мозкову оболонку над передньою кісткою (ACx) обережно видаляли під бінокулярним контролем, не пошкоджуючи кровоносні судини. Після завершення процедури було виготовлено основу з стоматологічного акрилового цементу для атравматичної фіксації голови тварини під час запису. Стереотаксичну рамку, що підтримує тварину, поміщали в акустичну атенюаційну камеру (IAC, модель AC1).
Дані були отримані з багатоблокових записів у первинній слуховій корі 20 щурів, включаючи 10 тварин, попередньо оброблених ЛПС. Позаклітинні записи були отримані з масиву з 16 вольфрамових електродів (ТДТ, ø: 33 мкм, < 1 МОм), що складається з двох рядів по 8 електродів, розташованих на відстані 1000 мкм один від одного (350 мкм між електродами в одному ряду). Срібний дріт (ø: 300 мкм) для заземлення був вставлений між скроневою кісткою та контралатеральною твердою мозковою оболонкою. Орієнтовне розташування первинного ACx знаходиться на відстані 4-7 мм позаду брегми та на 3 мм вентрально від надскроневого шва. Необроблений сигнал був посилений у 10 000 разів (ТДТ Медуза), а потім оброблений багатоканальною системою збору даних (RX5, ТДТ). Сигнали, зібрані з кожного електрода, фільтрувалися (610–10 000 Гц) для вилучення багатоблокової активності (MUA). Рівні тригера були ретельно встановлені для кожного електрода (співавторами, які не знали... експоновані або імітовано експоновані стани) для вибору найбільшого потенціалу дії з сигналу. Онлайн та офлайн перевірка сигналів показала, що зібрана тут MUA складалася з потенціалів дії, згенерованих від 3 до 6 нейронів поблизу електродів. На початку кожного експерименту ми встановлювали положення масиву електродів таким чином, щоб два ряди з восьми електродів могли вибірково аналізувати нейрони, від низьких до високих частотних характеристик при виконанні в ростральній орієнтації.
Акустичні стимули генерувалися в Matlab, передавались на систему подачі звуку (TDT) на основі RP2.1 та надсилалися на гучномовець Fostex (FE87E). Гучномовець розміщувався на відстані 2 см від правого вуха щура, на цій відстані гучномовець створював плоский частотний спектр (± 3 дБ) між 140 Гц та 36 кГц. Калібрування гучномовця проводилося з використанням шуму та чистих тонів, записаних мікрофоном Bruel and Kjaer 4133, підключеним до передпідсилювача B&K 2169 та цифрового диктофона Marantz PMD671. Спектральне часове рецептивне поле (STRF) визначалося з використанням 97 гамма-тональних частот, що охоплюють 8 октав (0,14–36 кГц), представлених у випадковому порядку з рівнем звукового тиску 75 дБ на частоті 4,15 Гц. Площа частотної характеристики (FRA) визначається з використанням того ж набору тонів та представлена ​​у випадковому порядку з частотою 2 Гц від 75 до 5 дБ SPL. Кожна частота подається вісім разів на кожній інтенсивності.
Також оцінювалися реакції на природні подразники. У попередніх дослідженнях ми спостерігали, що вокалізації щурів рідко викликали сильні реакції в ACx, незалежно від нейрональної оптимальної частоти (BF), тоді як специфічні для ксенотрансплантата (наприклад, вокалізації співочих птахів або морських свинок) зазвичай стосувалися всієї тональної карти. Тому ми протестували кортикальні реакції на вокалізації у морських свинок (свисток, використаний у 36, був пов'язаний з 1 секундою подразників, пред'явлених 25 разів).

Ми також можемо налаштувати пасивні радіочастотні компоненти відповідно до ваших вимог. Ви можете перейти на сторінку налаштування, щоб вказати необхідні вам характеристики.
https://www.keenlion.com/customization/

Емалі:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com