Uutiset

Kiitos käynnistäsi Nature.com-sivustolla. Käyttämäsi selainversio tukee CSS:ää rajoitetusti. Parhaan käyttökokemuksen saavuttamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan yhteensopivuustilan käytöstä Internet Explorerissa). Sillä välin näytämme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä jatkuvan tuen varmistamiseksi.
Jatkuvasti kasvava mobiiliviestinnän kysyntä on johtanut langattomien teknologioiden (G) jatkuvaan esiinmarssiin, joilla voi olla erilaisia ​​vaikutuksia biologisiin järjestelmiin. Tämän testaamiseksi altistimme rotat yksipäiselle 4G:n pitkäaikaisen evoluution (LTE) 1800 MHz:n sähkömagneettiselle kentälle (EMF) kahden tunnin ajan. Sitten arvioimme lipopolysakkaridin aiheuttaman akuutin neuroinflammation vaikutusta mikrogliasolujen alueelliseen peittoon ja elektrofysiologiseen hermosolujen aktiivisuuteen primaarisessa kuuloaivokuoressa (ACx). Keskimääräinen SAR ACx:ssä on 0,5 W/kg. Usean yksikön tallenteet osoittavat, että LTE-EMF laukaisee puhtaiden äänien ja luonnollisten ääntelyvasteen voimakkuuden heikkenemisen, kun taas akustinen kynnys matalien ja keskitaajuuksien osalta nousee. Iba1-immunohistokemia ei osoittanut muutoksia mikrogliasolujen ja -prosessien peittämässä alueella. Terveillä rotilla sama LTE-altistus ei aiheuttanut muutoksia vasteen voimakkuudessa tai akustisissa kynnyksissä. Datamme osoittavat, että akuutti neuroinflammaatio herkistää hermosoluja LTE-EMF:lle, mikä johtaa akustisten ärsykkeiden muuttuneeseen prosessointiin ACx:ssä.
Ihmiskunnan sähkömagneettinen ympäristö on muuttunut dramaattisesti viimeisten kolmen vuosikymmenen aikana langattoman viestinnän jatkuvan laajenemisen vuoksi. Tällä hetkellä yli kaksi kolmasosaa väestöstä on matkapuhelinten (MP) käyttäjiä. Tämän teknologian laajamittainen leviäminen on herättänyt huolta ja keskustelua pulssimaisten sähkömagneettisten kenttien (EMF) mahdollisesti vaarallisista vaikutuksista radiotaajuusalueella (RF). MP:t tai tukiasemat lähettävät näitä kenttiä, jotka koodaavat viestintää. Tämä kansanterveysongelma on innoittanut useita kokeellisia tutkimuksia, joissa on tutkittu radiotaajuuksien absorption vaikutuksia biologisiin kudoksiin1. Joissakin näistä tutkimuksista on etsitty muutoksia hermosolujen verkon toiminnassa ja kognitiivisissa prosesseissa, kun otetaan huomioon aivojen läheisyys radiotaajuuslähteisiin MP:n laajamittaisen käytön aikana. Monet raportoidut tutkimukset käsittelevät pulssimoduloitujen signaalien vaikutuksia, joita käytetään toisen sukupolven (2G) globaalissa matkaviestinjärjestelmässä (GSM) tai laajakaistaisessa koodijakoisessa monikäyttöjärjestelmässä (WCDMA) / kolmannen sukupolven universaaleissa matkaviestinjärjestelmissä (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Neljännen sukupolven (4G) mobiilipalveluissa käytettyjen radiotaajuussignaalien vaikutuksista tiedetään vähän. Ne perustuvat Täysin digitaalinen internetprotokollateknologia nimeltä Long Term Evolution (LTE) -teknologia. Vuonna 2011 lanseeratun LTE-matkapuhelinpalvelun odotetaan saavuttavan 6,6 miljardia LTE-tilaajaa maailmanlaajuisesti tammikuussa 2022 (GSMA: //gsacom.com). Verrattuna yhden kantoaallon modulaatiojärjestelmiin perustuviin GSM (2G) ja WCDMA (3G) -järjestelmiin, LTE käyttää perussignaalimuotona ortogonaalista taajuusjakoista multipleksointia (OFDM)6. Maailmanlaajuisesti LTE-mobiilipalvelut käyttävät useita eri taajuuskaistoja 450 ja 3700 MHz:n välillä, mukaan lukien 900 ja 1800 MHz:n taajuuskaistat, joita myös GSM:ssä käytetään.
Radiotaajuusaltistuksen kyky vaikuttaa biologisiin prosesseihin määräytyy suurelta osin ominaisabsorptionopeuden (SAR) mukaan, joka ilmaistaan ​​watteina/kg ja mittaa biologiseen kudokseen absorboitunutta energiaa. Äskettäin terveillä vapaaehtoisilla tutkittiin akuutin 30 minuutin pääaltistuksen vaikutuksia 2,573 GHz:n LTE-signaaleille globaaliin hermosoluverkon aktiivisuuteen. Lepotilan fMRI:tä käyttäen havaittiin, että LTE-altistus voi aiheuttaa spontaaneja hitaita taajuusvaihteluita ja muutoksia alueiden sisäisessä tai välisessä yhteydessä, kun taas 10 grammaan kudosta keskiarvoistettujen spatiaalisten huippu-SAR-tasojen arvioitiin vaihtelevan 0,42 ja 1,52 W/kg välillä aiheiden 7, 8 ja 9 mukaan. EEG-analyysi samankaltaisissa altistusolosuhteissa (30 minuutin kesto, arvioitu huippu-SAR-taso 1,34 W/kg edustavaa ihmispään mallia käyttäen) osoitti spektraalisen tehon ja aivopuoliskon koherenssin pienentyneen alfa- ja beeta-alueilla. Kaksi muuta EEG-analyysiin perustuvaa tutkimusta havaitsivat kuitenkin, että 20 tai 30 minuutin LTE-pääaltistuksella, jonka paikalliset SAR-tasot olivat korkeimmat noin 2 W/kg, ei joko ollut havaittavaa vaikutusta11 tai se johti Alfa-kaistan spektraalinen teho laski, kun taas kognitiivinen toiminta ei muuttunut Stroop-testillä arvioidussa toiminnassa 12. Merkittäviä eroja havaittiin myös EEG- tai kognitiivisten tutkimusten tuloksissa, joissa tarkasteltiin erityisesti GSM- tai UMTS-sähkömagneettisille kentille altistumisen vaikutuksia. Niiden uskotaan johtuvan menetelmän suunnittelun ja kokeellisten parametrien, kuten signaalityypin ja modulaation, altistuksen intensiteetin ja keston, vaihteluista tai ihmiskoehenkilöiden heterogeenisyydestä iän, anatomian tai sukupuolen suhteen.
Tähän mennessä on tehty vain vähän eläinkokeita sen määrittämiseksi, miten altistuminen LTE-signaloinnille vaikuttaa aivotoimintaan. Äskettäin on raportoitu, että kehittyvien hiirten systeeminen altistuminen myöhäisestä alkionvaiheesta vieroitukseen (30 min/vrk, 5 päivää/viikko, keskimääräisen koko kehon SAR:n ollessa 0,5 tai 1 W/kg) johti muutoksiin motorisissa ja ruokahalukäyttäytymisessä aikuisuudessa 14. Toistuvan systeemisen altistuksen (2 ha päivässä 6 viikon ajan) aikuisilla rotilla havaittiin aiheuttavan oksidatiivista stressiä ja vähentävän näköhermosta saatujen visuaalisten herätepotentiaalien amplitudia, ja suurimman SAR:n arvioitiin olevan niinkin alhainen kuin 10 mW/kg 15.
Useiden mittakaavoissa, mukaan lukien solu- ja molekyylitasolla, tehtävän analyysin lisäksi jyrsijämalleja voidaan käyttää radiotaajuusaltistuksen vaikutusten tutkimiseen sairauden aikana, kuten aiemmin on keskitytty GSM- tai WCDMA/3G UMTS-sähkömagneettisiin kenttiin akuutin neuroinflammaation yhteydessä. Tutkimukset ovat osoittaneet kohtausten, neurodegeneratiivisten sairauksien tai glioomien vaikutukset 16,17,18,19,20.
Lipopolysakkaridilla (LPS) injektoidut jyrsijät ovat klassinen prekliininen malli akuuteista neuroinflammatorisista vasteista, jotka liittyvät virusten tai bakteerien aiheuttamiin hyvänlaatuisiin tartuntatauteihin, jotka vaikuttavat suurimpaan osaan väestöstä vuosittain. Tämä tulehdustila johtaa korjautuvaan sairauteen ja masentuneeseen käyttäytymisoireyhtymään, jolle on ominaista kuume, ruokahaluttomuus ja vähentynyt sosiaalinen vuorovaikutus. Keskushermoston fagosyytit, kuten mikroglia, ovat tämän neuroinflammatorisen vasteen keskeisiä efektorisoluja. Jyrsijöiden hoito LPS:llä laukaisee mikroglian aktivaation, jolle on ominaista niiden muodon ja soluprosessien uudelleenmuotoutuminen sekä merkittävät muutokset transkriptomiprofiilissa, mukaan lukien tulehdusta edistävien sytokiineja tai entsyymejä koodaavien geenien lisääntynyt ilmentyminen, mikä vaikuttaa hermosoluverkostoihin (Toimenpiteet 22, 23, 24).
Tutkiessamme kahden tunnin GSM-1800 MHz:n sähkömagneettisen kentän altistumisen vaikutuksia LPS-käsitellyillä rotilla, havaitsimme, että GSM-signalointi laukaisee soluvasteita aivokuoressa, vaikuttaen geenien ilmentymiseen, glutamaattireseptorien fosforylaatioon, hermosolujen meta-indusoituun laukaisuntaan ja mikroglian morfologiaan aivokuoressa. Näitä vaikutuksia ei havaittu terveillä rotilla, jotka saivat saman GSM-altistuksen, mikä viittaa siihen, että LPS:n laukaisema neuroinflammatorinen tila herkistää keskushermostosoluja GSM-signaloinnille. Keskittyen LPS-käsiteltyjen rottien kuuloaivokuoreen (ACx), jossa paikallinen SAR oli keskimäärin 1,55 W/kg, havaitsimme, että GSM-altistus johti mikrogliasolujen pituuden tai haarautumisen kasvuun ja puhtaiden äänien ja muiden aineiden aiheuttamien hermosolujen vasteiden vähenemiseen. Luonnollinen stimulaatio 28.
Tässä tutkimuksessa pyrimme selvittämään, voisiko pelkästään pään kautta tapahtuva altistuminen LTE-1800 MHz:n signaaleille muuttaa myös mikrogliasolujen morfologiaa ja hermosolujen aktiivisuutta ACx-tilassa vähentäen altistuksen tehoa kahdella kolmasosalla. Osoitamme tässä, että LTE-signaloinnilla ei ollut vaikutusta mikrogliasolujen prosesseihin, mutta se silti laukaisi merkittävän äänen aiheuttaman aivokuoren aktiivisuuden vähenemisen LPS-käsiteltyjen rottien ACx-tilassa SAR-arvon ollessa 0,5 W/kg.
Koska aiempi näyttö siitä, että altistuminen GSM-1800 MHz:lle muutti mikrogliasolujen morfologiaa tulehdusta edistävissä olosuhteissa, tutkimme tätä vaikutusta LTE-signaloinnille altistumisen jälkeen.
Aikuisille rotille injektoitiin LPS:ää 24 tuntia ennen päähän kohdistuvaa lumealtistusta tai altistusta LTE-1800 MHz:lle. Altistuksen jälkeen aivokuoressa havaittiin LPS:n laukaisemia neuroinflammatorisia vasteita, mikä osoitettiin tulehdusta edistävien geenien lisääntyneenä säätelynä ja aivokuoren mikrogliasolujen morfologian muutoksina (kuva 1). LTE-pään altistusteho asetettiin siten, että keskimääräinen SAR-taso oli 0,5 W/kg ACx:ssä (kuva 2). Jotta voisimme määrittää, reagoivatko LPS:n aktivoimat mikrogliasolut LTE-sähkömagneettisiin kentille, analysoimme näitä soluja selektiivisesti leimaavilla anti-Iba1-värjätyillä aivokuoren leikkeillä. Kuten kuvassa 3a on esitetty, 3–4 tuntia lume- tai LTE-altistuksen jälkeen fiksoiduissa ACx-leikkeissä mikrogliasolut näyttivät huomattavan samankaltaisilta ja osoittivat LPS:n tulehdusta edistävän hoidon aiheuttamaa "tiheän" solumorfologiaa (kuva 1). Morfologisten vasteiden puuttumisen mukaisesti kvantitatiivinen kuva-analyysi ei paljastanut merkittäviä eroja kokonaispinta-alassa (parittamaton t-testi, p = 0,308) tai pinta-alassa (p = 0,196) ja tiheydessä (p = 0,061). Iba1-immunoreaktiivisuuden vaikutuksesta verrattaessa altistusta Iba1-värjätyille solukappaleille LTE-rotilla verrattuna lumerokotteeseen altistetuille eläimille (kuva 3b-d).
LPS:n i.p.-injektion vaikutukset aivokuoren mikrogliasolujen morfologiaan. Edustava kuva mikrogliasta aivokuoren koronaalileikkauksessa (dorsomediaalinen alue) 24 tuntia LPS:n tai vehikkelin (kontrolli) intraperitoneaalisen injektion jälkeen. Solut värjättiin anti-Iba1-vasta-aineella aiemmin kuvatulla tavalla. LPS:n tulehdusta edistävä hoito johti muutoksiin mikrogliasolujen morfologiassa, mukaan lukien proksimaalinen paksuuntuminen ja soluprosessien lyhyiden sekundääristen haarojen lisääntyminen, mikä johti "tiheän" ulkonäön syntymiseen. Skaala: 20 µm.
Rotan aivojen ominaisabsorptionopeuden (SAR) dosimetrinen analyysi altistuksen aikana 1800 MHz:n LTE-säteilylle. Aikaisemmin kuvattua heterogeenistä aave-rotta-silmukka-antennimallia62 käytettiin paikallisen SAR-arvon arviointiin aivoissa 0,5 mm3:n kuutioruudukolla. (a) Kokonaiskuva rottamallista altistusasetuksessa, jossa silmukka-antenni on pään yläpuolella ja metallinen lämpötyyny (keltainen) vartalon alapuolella. (b) SAR-arvojen jakauma aikuisen aivoissa 0,5 mm3:n spatiaalisella resoluutiolla. Mustalla ääriviivalla rajattu alue sagittaalileikkauksessa vastaa ensisijaista kuuloaivokuorta, jossa mikrogliasolujen ja hermosolujen aktiivisuutta analysoidaan. SAR-arvojen värikoodattu asteikko koskee kaikkia kuvassa esitettyjä numeerisia simulaatioita.
LPS-injektoituja mikrogliasoluja rotan kuuloaivokuoressa LTE- tai lumerokotukselle altistuksen jälkeen. (a) Edustava pinokuva mikrogliasoluista, jotka on värjätty anti-Iba1-vasta-aineella LPS-perfusoidun rotan kuuloaivokuoren koronaalileikkeissä 3–4 tuntia lumerokotukselle tai LTE-altistukselle altistumisen jälkeen. Skaalapalkki: 20 µm. (bd) Mikrogliasolujen morfometrinen arviointi 3–4 tuntia lumerokotukselle altistumisen (avoimet pisteet) tai LTE-altistuksen (altistuksen) jälkeen. (b, c) Mikrogliamarkkerin Iba1 spatiaalinen peitto (b) ja Iba1-positiivisten solurunkojen alueet (c). Tiedot edustavat anti-Iba1-värjäytymisaluetta normalisoituna lumerokotukselle altistuneiden eläinten keskiarvoon. (d) Anti-Iba1-värjättyjen mikrogliasolujen lukumäärä. Erot lumerokotukselle altistuneiden (n = 5) ja LTE-rokotukselle altistuneiden (n = 6) eläinten välillä eivät olleet merkitseviä (p > 0,05, parittamaton t-testi). Laatikon ylä- ja alaosa, ylä- ja alaviivat edustavat 25.–75. persentiiliä ja 5.–95. persentiiliä. Keskiarvo on merkitty laatikkoon punaisella.
Taulukossa 1 on yhteenveto neljän rottaryhmän (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS) primaarisesta kuuloaivokuoresta saaduista eläinten lukumäärästä ja moniyksikkömittauksista. Alla oleviin tuloksiin sisältyvät kaikki tallenteet, joissa on merkittävä spektraalinen temporaalinen reseptiive kenttä (STRF) eli sävyn herättämät vasteet, jotka ovat vähintään kuusi standardipoikkeamaa korkeampia kuin spontaanit laukaisutaajuudet (katso taulukko 1). Tätä kriteeriä soveltaen valitsimme 266 tallennetta Sham-ryhmälle, 273 tallennetta Exposed-ryhmälle, 299 tallennetta Sham-LPS-ryhmälle ja 295 tallennetta Exposed-LPS-ryhmälle.
Seuraavissa kappaleissa kuvaamme ensin spektraalis-temporaalisesta reseptiivisestä kentästä (eli vasteesta puhtaisiin ääniin) ja vasteesta ksenogeenisiin spesifisiin ääntelyihin saadut parametrit. Sen jälkeen kuvaamme kullekin ryhmälle saadun taajuusvastealueen kvantifioinnin. Ottaen huomioon "sisäkkäisen datan"30 esiintymisen kokeellisessa suunnittelussamme, kaikki tilastolliset analyysit suoritettiin elektrodiryhmän sijaintien lukumäärän perusteella (viimeinen rivi taulukossa 1), mutta kaikki alla kuvatut vaikutukset perustuivat myös kunkin ryhmän sijaintien lukumäärään. Kerättyjen moniyksikkötallenteiden kokonaismäärä (kolmas rivi taulukossa 1).
Kuvio 4a esittää LPS-käsitellyillä valeryhmällä ja altistuneilla eläimillä saatujen aivokuoren hermosolujen optimaalisen taajuusjakauman (BF, joka aiheuttaa maksimaalisen vasteen 75 dB:n äänenpaineella). BF:n taajuusaluetta molemmissa ryhmissä laajennettiin 1 kHz:stä 36 kHz:iin. Tilastollinen analyysi osoitti, että nämä jakaumat olivat samankaltaisia ​​(khiin neliö, p = 0,278), mikä viittaa siihen, että ryhmien välisiä vertailuja voitiin tehdä ilman otantaharhaa.
LTE-altistuksen vaikutukset LPS-käsiteltyjen eläinten kortikaalisten vasteiden kvantifioituihin parametreihin. (a) BF-jakauma LPS-käsiteltyjen eläinten kortikaalisissa neuroneissa, jotka altistettiin LTE:lle (musta) ja LTE:lle lumealtistuksen saaneilla eläimillä (valkoinen). Näiden kahden jakauman välillä ei ole eroa. (bf) LTE-altistuksen vaikutus spektraalisen ajallisen reseptiive kentän (STRF) kvantifioiviin parametreihin. Vasteen voimakkuus heikkeni merkittävästi (*p < 0,05, pariton t-testi) sekä STRF:llä (kokonaisvasteen voimakkuus) että optimaalisilla taajuuksilla (b, c). Vasteen kesto, vasteen kaistanleveys ja kaistanleveysvakio (df). Sekä ääntelyyn liittyvien vasteiden voimakkuus että ajallinen luotettavuus heikkenivät (g, h). Spontaani aktiivisuus ei heikkene merkittävästi (i). (*p < 0,05, pariton t-testi). (j, k) LTE-altistuksen vaikutukset kortikaalisiin kynnyksiin. Keskimääräiset kynnykset olivat merkittävästi korkeammat LTE:lle altistuneilla rotilla verrattuna lumealtistuksen saaneisiin rottiin. Tämä vaikutus on voimakkaampi matalilla ja keskitaajuuksilla.
Kuviot 4b-f esittävät STRF:stä johdettujen parametrien jakauman näillä eläimillä (keskiarvot merkitty punaisilla viivoilla). LTE-altistuksen vaikutukset LPS-käsitellyillä eläimillä näyttivät viittaavan hermosolujen herkkyyden vähenemiseen. Ensinnäkin kokonaisvasteen intensiteetti ja vasteet olivat merkitsevästi alhaisemmat BF-eläimillä verrattuna Sham-LPS-eläimiin (kuva 4b, c, pariton t-testi, p = 0,0017; ja p = 0,0445). Samoin vasteet kommunikaatioääniin heikkenivät sekä vasteen voimakkuuden että kokeiden välisen luotettavuuden osalta (kuva 4g, h; pariton t-testi, p = 0,043). Spontaani aktiivisuus väheni, mutta tämä vaikutus ei ollut merkitsevä (kuva 4i; p = 0,0745). LTE-altistus ei vaikuttanut vasteen kestoon, virityskaistanleveyteen ja vasteen latenssiin LPS-käsitellyillä eläimillä (kuva 4d–f), mikä osoittaa, että taajuusselektiivisyyteen ja vasteiden alkamistarkkuuteen ei vaikuttanut LPS-käsitellyillä eläimillä.
Seuraavaksi arvioimme, muuttuiko LTE-altistus puhtaan ääneksen kortikaalisiin kuulokynnyksiin. Kustakin tallennuksesta saadusta taajuusvastealueesta (FRA) määritimme kunkin taajuuden kuulokynnykset ja laskeimme näiden kynnysten keskiarvon molemmille eläinryhmille. Kuva 4j esittää keskimääräiset (± keskihajonta) kuulokynnykset 1,1–36 kHz:ssä LPS-käsitellyillä rotilla. Vale- ja altistuneiden ryhmien kuulokynnyksiä vertaamalla altistuneiden eläinten kuulokynnykset nousivat huomattavasti verrattuna vale-eläimiin (kuva 4j), ja tämä vaikutus oli selvempi matalilla ja keskitaajuuksilla. Tarkemmin sanottuna matalilla taajuuksilla (< 2,25 kHz) korkean kynnyksen omaavien A1-neuronien osuus kasvoi, kun taas matalan ja keskikynnyksen neuronien osuus pieneni (khiin neliö = 43,85; p < 0,0001; kuva 4k, vasen kuva). Sama vaikutus havaittiin keskitaajuudella (2,25 < Freq(kHz) < 11): suurempi osuus aivokuoren tallenteista, joilla oli keskitason kynnysarvot, ja pienempi osuus neuroneista, joilla oli matalat kynnysarvot, verrattuna altistamattomaan ryhmään (khiin neliö = 71,17; p < 0,001; kuva 4k, keskimmäinen paneeli). Myös korkeataajuisten neuronien kynnyksessä oli merkittävä ero (≥ 11 kHz, p = 0,0059); matalan kynnyksen neuronien osuus pieneni ja keskikorkean kynnyksen neuronien osuus kasvoi (khiin neliö = 10,853; p = 0,04, kuva 4k, oikea paneeli).
Kuvio 5a esittää terveillä eläimillä saatujen aivokuoren hermosolujen optimaalisen taajuusjakauman (BF, joka aiheuttaa maksimaalisen vasteen 75 dB:n äänenpaineella) sekä valeryhmässä että altistuneessa ryhmässä. Tilastollinen analyysi osoitti, että jakaumat olivat samankaltaisia ​​(khiin neliö, p = 0,157), mikä viittaa siihen, että ryhmien välisiä vertailuja voitiin tehdä ilman otantaharhaa.
LTE-altistuksen vaikutukset aivokuoren vasteiden kvantifioituihin parametreihin terveillä eläimillä. (a) BF-jakauma aivokuoren hermosoluissa terveillä eläimillä, jotka altistuivat LTE:lle (tummansininen) ja lumerokotukselle altistuneilla LTE:lle (vaaleansininen). Näiden kahden jakauman välillä ei ole eroa. (bf) LTE-altistuksen vaikutus spektraalisen ajallisen reseptiive kentän (STRF) kvantifioiviin parametreihin. Vasteen intensiteetissä ei ollut merkittävää muutosta STRF:n ja optimaalisten taajuuksien välillä (b, c). Vasteen kestossa oli pieni kasvu (d), mutta vasteen kaistanleveydessä ja kaistanleveydessä ei ollut muutosta (e, f). Ääntelyyn liittyvien vasteiden voimakkuus tai ajallinen luotettavuus eivät muuttuneet (g, h). Spontaanissa aktiivisuudessa ei ollut merkittävää muutosta (i). (*p < 0,05 parittamaton t-testi). (j, k) LTE-altistuksen vaikutukset aivokuoren kynnyksiin. Keskimäärin kynnykset eivät muuttuneet merkittävästi LTE:lle altistuneilla rotilla verrattuna lumerokotukselle altistuneisiin rottiin, mutta korkeammat taajuuskynnykset olivat hieman matalammat altistuneilla eläimillä.
Kuviot 5b-f esittävät laatikkodiagrammeja, jotka esittävät kahdesta STRF-joukosta johdettujen parametrien jakaumaa ja keskiarvoa (punainen viiva). Terveillä eläimillä LTE-altistuksella itsessään oli vain vähän vaikutusta STRF-parametrien keskiarvoon. Verrattuna Sham-ryhmään (altistetun ryhmän vaaleansiniset ja tummansiniset laatikot), LTE-altistus ei muuttanut kokonaisvasteen intensiteettiä eikä BF:n vastetta (kuvio 5b, c; parittamaton t-testi, p = 0,2176 ja p = 0,8696). Myöskään spektrin kaistanleveyteen ja latenssiin ei ollut vaikutusta (p = 0,6764 ja p = 0,7129), mutta vasteen kestossa oli merkittävä kasvu (p = 0,047). Myöskään ääntelyvasteiden voimakkuuteen (kuvio 5g, p = 0,4375), näiden vasteiden kokeiden väliseen luotettavuuteen (kuvio 5h, p = 0,3412) ja spontaaniin aktiivisuuteen (kuvio 5) ei ollut vaikutusta.5i; p = 0,3256).
Kuva 5j esittää keskimääräiset (± keskihajonta) kynnysarvot 1,1–36 kHz:ssä terveillä rotilla. Se ei osoittanut merkittävää eroa vale- ja altistuneiden rottien välillä, lukuun ottamatta hieman alhaisempaa kynnystä altistuneilla eläimillä korkeilla taajuuksilla (11–36 kHz) (parittamaton t-testi, p = 0,0083). Tämä vaikutus heijastaa sitä tosiasiaa, että altistuneilla eläimillä tällä taajuusalueella (khiin neliö = 18,312, p = 0,001; kuva 5k) oli hieman enemmän neuroneja, joilla oli matalat ja keskitason kynnysarvot (kun taas korkeilla kynnysarvoilla oli vähemmän neuroneja).
Yhteenvetona voidaan todeta, että kun terveitä eläimiä altistettiin LTE:lle, puhtaiden äänien ja monimutkaisten äänien, kuten ääntelyn, vastevoimakkuudessa ei ollut vaikutusta. Lisäksi terveillä eläimillä aivokuoren kuulokynnykset olivat samankaltaiset altistuneiden ja valeeläinten välillä, kun taas LPS:llä käsitellyillä eläimillä LTE-altistus johti merkittävään aivokuoren kuulokynnysten nousuun, erityisesti matalilla ja keskitaajuuksilla.
Tutkimuksemme osoitti, että akuutista neuroinflammaatiosta kärsivillä aikuisilla urosrotilla altistuminen LTE-1800 MHz:lle paikallisella SARACx-arvolla 0,5 W/kg (katso Menetelmät) johti merkittävään äänen herättämien vasteiden voimakkuuden vähenemiseen ensisijaisissa kommunikaatiotallenteissa. Nämä hermosolujen aktiivisuuden muutokset tapahtuivat ilman näkyvää muutosta mikrogliaprosessien peittämän alueellisen alueen laajuudessa. Tätä LTE:n vaikutusta aivokuoren herätevasteiden voimakkuuteen ei havaittu terveillä rotilla. Kun otetaan huomioon optimaalisen taajuusjakauman samankaltaisuus tallennusyksiköiden välillä LTE:lle altistuneilla ja lumealtistetuilla eläimillä, hermosolujen reaktiivisuuden erot voidaan katsoa johtuvan LTE-signaalien biologisista vaikutuksista eikä näytteenottovirheestä (kuva 4a). Lisäksi vastelatenssin ja spektraalisen virityskaistanleveyden muutosten puuttuminen LTE:lle altistuneilla rotilla viittaa siihen, että todennäköisesti nämä tallenteet otettiin samoista aivokuoren kerroksista, jotka sijaitsevat ensisijaisessa ACx-kerroksessa eikä toissijaisissa alueilla.
Tietojemme mukaan LTE-signaloinnin vaikutusta hermosolujen vasteisiin ei ole aiemmin raportoitu. Aiemmat tutkimukset ovat kuitenkin dokumentoineet GSM-1800 MHz:n tai 1800 MHz:n jatkuvan aallon (CW) kyvyn muuttaa hermosolujen herkkyyttä, vaikkakin kokeellisesta lähestymistavasta riippuen merkittävillä eroilla. Pian 1800 MHz:n jatkuvalle aallolle altistumisen jälkeen SAR-tasolla 8,2 W/kg etanan ganglioista saadut tallenteet osoittivat alentuneet kynnysarvot aktiopotentiaalien ja hermosolujen modulaation laukaisemiseksi. Toisaalta rotan aivoista peräisin olevien primaaristen hermosoluviljelmien piikitys- ja purskeaktiivisuus väheni altistamalla GSM-1800 MHz:lle tai 1800 MHz:n jatkuvalle aallolle 15 minuutin ajan SAR-tasolla 4,6 W/kg. Tämä esto oli vain osittain palautuva 30 minuutin kuluessa altistuksesta. Hermosolujen täydellinen hiljentäminen saavutettiin SAR-tasolla 9,2 W/kg. Annos-vasteanalyysi osoitti, että GSM-1800 MHz oli tehokkaampi kuin 1800 MHz:n jatkuva aalto purskeaktiivisuuden estämisessä, mikä viittaa siihen, että hermosolujen vasteet riippuvat RF-signaalista. modulaatio.
Meidän asetuksissamme kerättiin aivokuoren herätevasteita in vivo 3–6 tuntia kahden tunnin pelkkään päähän kohdistuneen altistuksen päättymisen jälkeen. Aiemmassa tutkimuksessamme tutkimme GSM-1800 MHz:n vaikutusta SARACx-teholla 1,55 W/kg emmekä havainneet merkittävää vaikutusta äänen herättämiin aivokuoren vasteisiin terveillä rotilla. Tässä ainoa merkittävä vaikutus, jonka LTE-1800-altistus 0,5 W/kg SARACx:lla aiheutti terveillä rotilla, oli vasteen keston lievä pidentyminen puhtaiden äänien esittelyn yhteydessä. Tätä vaikutusta on vaikea selittää, koska siihen ei liity vasteen intensiteetin kasvua, mikä viittaa siihen, että tämä pidempi vasteen kesto tapahtuu samalla aivokuoren neuronien laukaisemien aktiopotentiaalien kokonaismäärällä. Yksi selitys voisi olla, että LTE-altistus voi vähentää joidenkin inhiboivien interneuronien aktiivisuutta, koska on dokumentoitu, että primaarisessa ACx-feedforward-esto kontrolloi talamuksen eksitatorisen syötteen laukaisemien pyramidisolujen vasteiden kestoa33,34, 35, 36, 37.
Sitä vastoin LPS:n laukaisemalle neuroinflammaatiolle alttiilla rotilla LTE-altistuksella ei ollut vaikutusta äänen herättämän hermosolujen laukaisun kestoon, mutta herätettyjen vasteiden voimakkuudessa havaittiin merkittäviä vaikutuksia. Itse asiassa verrattuna LPS-vale-altistetuilla rotilla rekisteröityihin hermosolujen vasteisiin, LPS:lle altistuneiden rottien hermosolujen vasteiden voimakkuus heikkeni. Tämä vaikutus havaittiin sekä puhtaita ääniä että luonnollisia ääntelyjä esitettäessä. Puhtaiden äänien vasteen voimakkuuden heikkeneminen tapahtui ilman spektraalisen virityskaistanleveyden 75 dB:n kaventumista, ja koska se tapahtui kaikilla äänenvoimakkuuksilla, se johti aivokuoren hermosolujen akustisten kynnysarvojen nousuun matalilla ja keskitaajuuksilla.
Herätetyn vasteen voimakkuuden heikkeneminen osoitti, että LTE-signaloinnin vaikutus SARACx-arvolla 0,5 W/kg LPS-käsitellyillä eläimillä oli samanlainen kuin GSM-1800 MHz:n vaikutus kolme kertaa suuremmalla SARACx-arvolla (1,55 W/kg)28. GSM-signaloinnin osalta pään altistuminen LTE-1800 MHz:lle voi vähentää hermosolujen herkkyyttä rotan ACx-neuroneissa, jotka altistetaan LPS:n laukaisemalle neuroinflammaatiolle. Tämän hypoteesin mukaisesti havaitsimme myös trendin kohti hermosolujen äänivasteiden luotettavuuden heikkenemistä kokeissa (kuva 4h) ja spontaanin aktiivisuuden vähenemistä (kuva 4i). On kuitenkin ollut vaikea määrittää in vivo, vähentääkö LTE-signalointi hermosolujen sisäistä herkkyyttä vai vähentääkö se synaptista syötettä, ja siten kontrolloi hermosolujen vasteita ACx:ssä.
Ensinnäkin nämä heikommat vasteet voivat johtua aivokuoren solujen luonnostaan ​​heikentyneestä herkkyydestä 1800 MHz:n LTE-altistuksen jälkeen. Tätä ajatusta tukee se, että GSM-1800 MHz ja 1800 MHz-CW vähensivät purskeiden aktiivisuutta, kun niitä kohdistettiin suoraan aivokuoren rotan hermosolujen primaariviljelmiin, joiden SAR-tasot olivat vastaavasti 3,2 W/kg ja 4,6 W/kg, mutta purskeiden aktiivisuuden merkittävään vähentämiseen vaadittiin kynnys-SAR-taso. Havaitsimme myös alhaisempaa spontaanin laukaisun määrää altistuneilla eläimillä kuin lumealtistetuilla eläimillä, mikä puoltaa luonnollisen herkkyyden heikkenemistä.
Toiseksi, LTE-altistus voi myös vaikuttaa synaptiseen siirtoon talamokortikaalisista tai kortikaali-kortikaalisista synapseista. Lukuisat tiedot osoittavat nyt, että kuuloaivokuoren spektraalisen virityksen laajuutta eivät määrää pelkästään afferenttien talamuksen projektioiden määrä, vaan että aivokuoren sisäiset yhteydet antavat lisää spektraalista syötettä aivokuoren alueille39,40. Kokeissamme se, että aivokuoren STRF osoitti samanlaisia ​​kaistanleveyksiä altistuneilla ja lumealtistetuilla eläimillä, viittasi epäsuorasti siihen, että LTE-altistuksen vaikutukset eivät olleet vaikutuksia aivokuoren väliseen yhteyteen. Tämä viittaa myös siihen, että korkeampi yhteydet muilla SAR-altistetuilla aivokuoren alueilla kuin ACx-tilassa mitattu (kuva 2) eivät välttämättä ole vastuussa tässä raportoiduista muuttuneista vasteista.
Tässä suurempi osa LPS:lle altistetuista kortikaalisista tallenteista osoitti korkeita kynnysarvoja verrattuna LPS-valealtistetuille eläimille. Koska on ehdotettu, että aivokuoren akustista kynnystä säätelee ensisijaisesti talamokortikaalisen synapsin voimakkuus39,40, voidaan epäillä, että talamokortikaalinen siirto vähenee osittain altistuksen myötä, joko presynaptisella (vähentynyt glutamaatin vapautuminen) tai postsynaptisella tasolla (vähentynyt reseptorien määrä tai affiniteetti).
Samoin kuin GSM-1800 MHz:n vaikutukset, LTE:n aiheuttamat muuttuneet hermosoluvasteet ilmenivät LPS:n laukaiseman neuroinflammaation yhteydessä, jolle ovat ominaisia ​​mikrogliavasteet. Nykyiset todisteet viittaavat siihen, että mikroglia vaikuttaa voimakkaasti hermosoluverkostojen aktiivisuuteen normaaleissa ja patologisissa aivoissa41,42,43. Niiden kyky moduloida hermosoluvälitteistä signaalisiirtoa riippuu paitsi niiden tuottamien yhdisteiden tuotannosta, jotka voivat tai voivat rajoittaa hermosoluvälitteistä signaalisiirtoa, myös niiden soluprosessien suuresta liikkuvuudesta. Aivokuoressa sekä hermosoluverkostojen lisääntynyt että vähentynyt aktiivisuus laukaisevat mikrogliasolujen spatiaalisen alueen nopean laajenemisen mikrogliaprosessien kasvun vuoksi44,45. Erityisesti mikrogliasolujen ulokkeet rekrytoituvat aktivoituneiden talamokortikaalisten synapsien lähelle ja voivat estää eksitatoristen synapsien aktiivisuutta mekanismien kautta, joihin liittyy mikrogliavälitteistä paikallista adenosiinin tuotantoa.
LPS-käsitellyillä rotilla, jotka altistettiin GSM-1800 MHz:lle ja SARACx-säteilylle 1,55 W/kg, ACx-neuronien aktiivisuus väheni ja mikrogliaprosessien kasvua leimasi merkittävien Iba1-värjäytyneiden alueiden esiintyminen ACx28-kasvussa. Tämä havainto viittaa siihen, että GSM-altistuksen laukaisema mikrogliasolujen uudelleenmuodostus voi aktiivisesti vaikuttaa GSM:n aiheuttamaan äänen aiheuttamien hermosolujen vasteiden vähenemiseen. Nykyinen tutkimuksemme kumoaa tämän hypoteesin LTE-pääaltistuksen yhteydessä, jossa SARACx-säteily on rajoitettu 0,5 W/kg:iin, koska emme havainneet mikrogliaprosessien peittämän alueellisen alueen kasvua. Tämä ei kuitenkaan sulje pois LTE-signaloinnin vaikutusta LPS-aktivoituihin mikrogliasoluihin, mikä voi puolestaan ​​vaikuttaa hermosolujen aktiivisuuteen. Lisätutkimuksia tarvitaan tämän kysymyksen vastaamiseksi ja sen selvittämiseksi, miten akuutti neuroinflammaatio muuttaa hermosolujen vasteita LTE-signalointiin.
Tietojemme mukaan LTE-signaalien vaikutusta kuuloprosessointiin ei ole aiemmin tutkittu. Aiemmat tutkimuksemme26,28 ja nykyinen tutkimuksemme osoittivat, että akuutin tulehduksen yhteydessä pelkästään pään altistuminen GSM-1800 MHz:lle tai LTE-1800 MHz:lle johti toiminnallisiin muutoksiin hermosolujen vasteissa ACx:ssä, kuten kuulokynnyksen nousu osoittaa. Ainakin kahdesta pääsyystä LTE-altistuksemme ei pitäisi vaikuttaa simpukan toimintaan. Ensinnäkin, kuten kuvassa 2 esitetyssä dosimetriatutkimuksessa on osoitettu, korkeimmat SAR-tasot (lähes 1 W/kg) sijaitsevat dorsomediaalisessa aivokuoressa (antennin alapuolella), ja ne laskevat huomattavasti, kun liikkuu enemmän sivusuunnassa ja sivusuunnassa. Pään vatsapuolella. Sen voidaan arvioida olevan noin 0,1 W/kg rotan korvalehden tasolla (korvakäytävän alapuolella). Toiseksi, kun marsun korvia altistettiin kahden kuukauden ajan GSM 900 MHz:lle (5 päivää/viikko, 1 tunti/päivä, SAR 1–4 W/kg), havaittavia... Muutokset särötuotteen suuruudessa otoakustiset kynnysarvot emissiolle ja kuulo-aivorungon vasteille 47. Lisäksi toistuva pääaltistus GSM 900 tai 1800 MHz:lle paikallisella SAR-arvolla 2 W/kg ei vaikuttanut simpukan ulompien karvasolujen toimintaan terveillä rotilla 48,49. Nämä tulokset vastaavat ihmisillä saatuja tietoja, joissa tutkimukset ovat osoittaneet, että 10–30 minuutin altistuminen GSM-matkapuhelimien sähkömagneettisille kentille ei vaikuta johdonmukaisesti kuuloprosessointiin simpukan 50,51,52 tai aivorungon tasolla 53,54.
Tutkimuksessamme havaittiin LTE:n laukaisemia hermosolujen laukaisun muutoksia in vivo 3–6 tuntia altistuksen päättymisen jälkeen. Aiemmassa aivokuoren dorsomediaalista osaa koskevassa tutkimuksessa useat GSM-1800 MHz:n aiheuttamat vaikutukset, jotka havaittiin 24 tuntia altistuksen jälkeen, eivät olleet enää havaittavissa 72 tuntia altistuksen jälkeen. Tämä pätee mikrogliaprosessien laajenemiseen, IL-1ß-geenin alasääntelyyn ja AMPA-reseptorien translaationjälkeiseen modifikaatioon. Ottaen huomioon, että kuuloaivokuoren SAR-arvo (0,5 W/kg) on ​​alhaisempi kuin dorsomediaalisen alueen (2,94 W/kg26), tässä raportoidut hermosolujen aktiivisuuden muutokset näyttävät olevan ohimeneviä.
Tietojemme tulisi ottaa huomioon SAR-rajat ja arviot matkapuhelinten käyttäjien aivokuoressa todellisuudessa saavutetuista SAR-arvoista. Nykyiset yleisön suojelemiseksi käytettävät standardit asettavat SAR-rajan 2 W/kg:iin paikalliselle pään tai vartalon altistumiselle 100 kHz:n ja 6 GHz:n radiotaajuusalueella.
Annossimulaatioita on tehty käyttämällä erilaisia ​​ihmispäämalleja radiotaajuustehon absorption määrittämiseksi pään eri kudoksissa yleisen pään tai matkapuhelimen välisen viestinnän aikana. Ihmispäämallien monimuotoisuuden lisäksi nämä simulaatiot korostavat merkittäviä eroja tai epävarmuustekijöitä aivojen absorboiman energian arvioinnissa anatomisten tai histologisten parametrien, kuten kallon ulkoisen tai sisäisen muodon, paksuuden tai vesipitoisuuden, perusteella. Eri pääkudokset vaihtelevat suuresti iän, sukupuolen tai yksilön mukaan 56,57,58. Lisäksi matkapuhelimen ominaisuudet, kuten antennin sisäinen sijainti ja matkapuhelimen asento käyttäjän pään suhteen, vaikuttavat voimakkaasti SAR-arvojen tasoon ja jakautumiseen aivokuoressa 59,60. Kun otetaan huomioon raportoidut SAR-jakaumat ihmisen aivokuoressa, jotka on määritetty 1800 MHz:n taajuusalueen radiotaajuuksia lähettävistä matkapuhelinmalleista 58, 59, 60, näyttää siltä, ​​että ihmisen kuuloaivokuoressa saavutetut SAR-tasot ovat edelleen puolet ihmisen aivokuoren tasoista. Tutkimuksemme (SARACx 0,5 W/kg). Siksi meidän tiedot eivät kyseenalaista yleisölle sovellettavia nykyisiä SAR-arvojen rajoituksia.
Yhteenvetona voidaan todeta, että tutkimuksemme osoittaa, että kerta-altistus pelkästään pään kautta LTE-1800 MHz:n taajuudelle häiritsee aivokuoren hermosolujen vasteita aistiärsykkeille. Aiempien GSM-signaloinnin vaikutusten luonnehdintojen mukaisesti tuloksemme viittaavat siihen, että LTE-signaloinnin vaikutukset hermosolujen aktiivisuuteen vaihtelevat terveydentilan mukaan. Akuutti neuroinflammaatio herkistää hermosoluja LTE-1800 MHz:lle, mikä johtaa kuuloärsykkeiden muuttuneeseen aivokuoren prosessointiin.
Tiedot kerättiin 55 päivän iässä 31 aikuisen uros Wistar-rotan aivokuoresta Janvierin laboratoriossa. Rotit pidettiin kosteus- (50–55 %) ja lämpötila- (22–24 °C) säädellyssä tilassa, jossa valo-/pimeäsykli oli 12 h/12 ​​​​h (valot päälle klo 7.30) ja jossa oli vapaa pääsy ruokaan ja veteen. Kaikki kokeet tehtiin Euroopan yhteisöjen neuvoston direktiivin (2010/63/EU neuvoston direktiivi) asettamien ohjeiden mukaisesti, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin Society for Neurosciencen ohjeissa eläinten käytöstä neurotieteellisessä tutkimuksessa kuvatut ohjeet. Tämän protokollan hyväksyi Paris-Sud and Centerin eettinen komitea (CEEA N°59, projekti 2014-25, kansallinen protokolla 03729.02) käyttäen kyseisen komitean 32-2011 ja 34-2012 validoimia menetelmiä.
Eläimet totutettiin yhdyskuntakammioihin vähintään viikon ajan ennen LPS-käsittelyä ja altistusta (tai lumealtistusta) LTE-EMF:lle.
Kahdenkymmenenkahden rottaa annettiin vatsaontelonsisäisesti (ip) E. coli LPS:ää (250 µg/kg, serotyyppi 0127:B8, SIGMA) laimennettuna steriilillä endotoksiinittomalla isotonisella suolaliuoksella 24 tuntia ennen LTE- tai lumealtistusta (n per ryhmä). = 11). Kahden kuukauden ikäisillä Wistar-urosrotilla tämä LPS-käsittely tuottaa neuroinflammatorisen vasteen, johon aivokuoressa on tyypillistä, että useat tulehdusta edistävät geenit (tuumorinekroositekijä-alfa, interleukiini 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) lisääntyivät 24 tuntia LPS-injektion jälkeen, mukaan lukien NOX2-entsyymiä ja interleukiini 1ß:ää koodaavien transkriptien tasojen 4- ja 12-kertainen nousu. Tässä 24 tunnin ajankohtana aivokuoren mikroglia osoitti tyypillistä "tiheää" solumorfologiaa, jota LPS:n laukaisema solujen tulehdusta edistävä aktivaatio odottaa (kuva 1), mikä on vastakohta muiden menetelmien LPS:n laukaisemalle aktivaatiolle. Solujen tulehdusta edistävä aktivaatio vastaa kohtia 24, 61.
Pään kautta tapahtuva LTE-sähkömagneettisten kenttien altistus suoritettiin käyttäen aiemmin GSM-sähkömagneettisten kenttien26 vaikutuksen arvioimiseen käytettyä kokeellista järjestelyä. LTE-altistus suoritettiin 24 tuntia LPS-injektion jälkeen (11 eläintä) tai ilman LPS-hoitoa (5 eläintä). Eläimet nukutettiin kevyesti ketamiinilla/ksylatsiinilla (ketamiini 80 mg/kg, i.p.; ksylatsiini 10 mg/kg, i.p.) ennen altistusta liikkumisen estämiseksi ja sen varmistamiseksi, että eläimen pää oli LTE-signaalia lähettävässä silmukka-antennissa. Toistettavissa oleva sijainti alla. Puolet saman häkin rotista toimi kontrollina (11 lumealtistettua eläintä 22:sta LPS:llä esikäsitellystä rotasta): ne asetettiin silmukka-antennin alle ja LTE-signaalin energia asetettiin nollaan. Altistettujen ja lumealtistettujen eläinten painot olivat samankaltaisia ​​(p = 0,558, parittamaton t-testi, ns). Kaikki nukutetut eläimet asetettiin metallittomalle lämpötyynylle, jotta niiden ruumiinlämpötila pysyisi noin 37 °C:ssa koko kokeen ajan. Kuten edellisissä kokeissa, altistusajaksi asetettiin 2 tuntia. Altistuksen jälkeen eläin asetettiin toiselle lämpötyynylle leikkaussalissa. Samaa altistusmenetelmää sovellettiin 10 terveeseen rottaan (joita ei käsitelty LPS:llä), joista puolet lumealtistettiin samasta häkistä (p = 0,694).
Altistusjärjestelmä oli samanlainen kuin aiemmissa tutkimuksissa kuvatut järjestelmät 25, 62, mutta radiotaajuusgeneraattori korvattiin LTE-säteilyä tuottavalla GSM-sähkömagneettisilla kentillä. Lyhyesti sanottuna RF-generaattori (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Saksa), joka lähetti LTE - 1800 MHz:n sähkömagneettisen kentän, oli kytketty tehovahvistimeen (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, USA), kiertovesipumppuun (D3 1719-N, Sodhy, Ranska), kaksisuuntaiseen kytkimeen (CD D 1824-2, −30 dB, Sodhy, Ranska) ja nelisuuntaiseen tehonjakajaan (DC D 0922-4N, Sodhy, Ranska), mikä mahdollisti neljän eläimen samanaikaisen altistuksen. Kaksisuuntaiseen kytkimeen kytketty tehomittari (N1921A, Agilent, USA) mahdollisti laitteen sisällä olevan ja heijastuneen tehon jatkuvan mittaamisen ja seurannan. Jokainen lähtö oli kytketty silmukka-antenniin (Sama-Sistemi srl; Roma), mikä mahdollistaa eläimen pään osittaisen paljastamisen. Silmukka-antenni koostuu painetusta piiristä, jossa on kaksi metalliviivaa (dielektrisyysvakio εr = 4,6) kaiverrettuna eristävälle epoksisubstraatille. Laite koostuu toisessa päässä 1 mm leveästä langasta, joka muodostaa renkaan lähelle eläimen päätä. Kuten aiemmissa tutkimuksissa26,62, ominaisabsorptionopeus (SAR) määritettiin numeerisesti käyttämällä numeerista rottamallia ja äärellisen eron aika-alueen (FDTD) menetelmää63,64,65. Ne määritettiin myös kokeellisesti homogeenisessa rottamallissa käyttämällä Luxtron-antureita lämpötilan nousun mittaamiseen. Tässä tapauksessa SAR W/kg:na lasketaan kaavalla: SAR = C ΔT/Δt, jossa C on lämpökapasiteetti J/(kg K), ΔT °K ja Δt lämpötilan muutos, aika sekunteina. Numeerisesti määritettyjä SAR-arvoja verrattiin kokeellisiin SAR-arvoihin, jotka saatiin käyttämällä homogeenista mallia, erityisesti vastaavilla rotan aivoalueilla. Numeeristen SAR-mittausten ja kokeellisesti havaittujen SAR-arvojen välinen ero on alle 30 %.
Kuva 2a esittää SAR-jakauman rotan aivoissa rottamallissa, joka vastaa tutkimuksessamme käytettyjen rottien painon ja koon mukaista jakaumaa. Aivojen keskimääräinen SAR oli 0,37 ± 0,23 W/kg (keskiarvo ± keskihajonta). SAR-arvot ovat korkeimmat aivokuoren alueella juuri silmukka-antennin alapuolella. Paikallinen SAR ACx:ssä (SARACx) oli 0,50 ± 0,08 W/kg (keskiarvo ± keskihajonta) (kuva 2b). Koska altistuneiden rottien ruumiinpainot ovat homogeenisia ja pään kudoksen paksuuden erot ovat merkityksettömiä, ACx:n tai muiden aivokuoren alueiden todellisen SAR-arvon odotetaan olevan hyvin samanlainen altistuneiden eläinten välillä.
Altistuksen lopussa eläimille annettiin lisäannoksia ketamiinia (20 mg/kg, i.p.) ja ksylatsiinia (4 mg/kg, i.p.), kunnes takakäpälään nipistyksen jälkeen ei havaittu enää refleksiliikkeitä. Paikallispuudutusta (ksylokaiini 2 %) injektoitiin ihon alle ihoon ja ohimolihakseen kallon yläpuolelle, ja eläimet asetettiin metallittomaan lämmitysjärjestelmään. Kun eläin oli asetettu stereotaksiseen kehykseen, sille tehtiin kraniotomia vasemman ohimoaivokuoren alueelle. Kuten edellisessä tutkimuksessamme66, päälaen ja ohimoluun liitoskohdasta alkaen aukko oli 9 mm leveä ja 5 mm korkea. ACx-luun yläpuolella oleva kovakalvo poistettiin varovasti binokulaarisella ohjauksella vahingoittamatta verisuonia. Toimenpiteen lopussa rakennettiin hammasakryylisementistä pohja eläimen pään atraumaattista kiinnitystä varten tallennuksen aikana. Aseta eläintä tukeva stereotaksinen kehys akustiseen vaimennuskammioon (IAC, malli AC1).
Tiedot saatiin 20 rotan primaarisen kuuloaivokuoren moniyksikkömittauksista. Näistä 10 eläimestä oli esikäsitelty LPS:llä. Solunulkoiset mittaukset tehtiin 16 volframielektrodin (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) muodostamasta ryhmästä, joka koostui kahdesta kahdeksan elektrodin rivistä 1000 µm:n etäisyydellä toisistaan ​​(350 µm elektrodien välillä samassa rivissä). Hopealanka (ø: 300 µm) maadoitusta varten asetettiin ohimoluun ja kontralateraalisen kovakalvon väliin. Primaarisen ACx:n arvioitu sijainti on 4–7 mm bregman takana ja 3 mm supratemporaalisen ompeleen vatsapuolella. Raaka signaali vahvistettiin 10 000 kertaa (TDT Medusa) ja käsiteltiin sitten monikanavaisella tiedonkeruujärjestelmällä (RX5, TDT). Kustakin elektrodista kerätyt signaalit suodatettiin (610–10 000 Hz) moniyksikköaktiivisuuden (MUA) havaitsemiseksi. Liipaisutasot asetettiin huolellisesti kullekin elektrodille (yhteiskirjoittajien toimesta, jotka eivät tienneet altistuneen tai...). valealtistetut tilat) valitakseen signaalista suurimman aktiopotentiaalin. Aaltomuotojen reaaliaikainen ja offline-tarkastus osoitti, että tässä kerätty MUA koostui elektrodien lähellä olevien 3–6 neuronin generoimista aktiopotentiaaleista. Kunkin kokeen alussa asetimme elektrodiryhmän sijainnin siten, että kaksi kahdeksan elektrodin riviä pystyi ottamaan näytteitä neuroneista matalataajuisista vasteista korkeataajuisiin vasteisiin, kun kokeet suoritettiin rostraalisessa suunnassa.
Akustiset ärsykkeet luotiin Matlabissa, lähetettiin RP2.1-pohjaiseen äänensiirtojärjestelmään (TDT) ja lähetettiin Fostex-kaiuttimeen (FE87E). Kaiutin sijoitettiin 2 cm:n päähän rotan oikeasta korvasta, ja tällä etäisyydellä kaiutin tuotti tasaisen taajuusspektrin (± 3 dB) välillä 140 Hz - 36 kHz. Kaiuttimen kalibrointi suoritettiin käyttämällä kohinaa ja puhtaita ääniä, jotka oli tallennettu Bruel and Kjaer 4133 -mikrofonilla, joka oli kytketty B&K 2169 -esivahvistimeen ja Marantz PMD671 -digitaalista tallentimeen. Spektrinen aikavastaanottokenttä (STRF) määritettiin käyttämällä 97 gamma-sävytaajuutta, jotka kattoivat 8 (0,14–36 kHz) oktaavia ja jotka esitettiin satunnaisessa järjestyksessä 75 dB:n äänenpaineella 4,15 Hz:n taajuudella. Taajuusvastealue (FRA) määritettiin käyttämällä samoja ääniä ja esitettiin satunnaisessa järjestyksessä 2 Hz:n taajuudella 75–5 dB:n äänenpaineella. Jokainen taajuus esitetään kahdeksan kertaa kullakin intensiteetillä.
Myös luonnollisiin ärsykkeisiin kohdistuvia vasteita arvioitiin. Aiemmissa tutkimuksissa havaitsimme, että rotan ääntely herätti harvoin voimakkaita vasteita ACx:ssä, riippumatta hermosolujen optimaalisesta taajuudesta (BF), kun taas ksenograftin spesifiset (esim. laululintujen tai marsun ääntely) tyypillisesti koko sävykartta. Siksi testasimme marsujen ääntelyyn kohdistuvia aivokuoren vasteita (tutkimuksessa 36 käytetty pilli oli kytketty 1 sekunnin ärsykkeisiin, joita esitettiin 25 kertaa).

Voimme myös räätälöidä RF-passiivisia komponentteja tarpeidesi mukaan. Voit siirtyä räätälöintisivulle antaaksesi tarvitsemasi tiedot.
https://www.keenlion.com/customization/

Sähköpostiosoite:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com