訊息

感謝您造訪 Nature.com。您使用的瀏覽器版本對 CSS 的支援有限。為了獲得最佳體驗，我們建議您使用更新的瀏覽器（或關閉 Internet Explorer 中的相容模式）。同時，為了確保繼續提供支持，我們將顯示沒有樣式和 JavaScript 的網站。
行動電話通訊需求的不斷增長導致了無線技術（G）的不斷出現，這些技術可能對生物系統產生不同的影響。為了測試這一點，我們讓大鼠單頭暴露於4G長期演進（LTE）-1800MHz電磁場（EMF）2小時。然後我們評估了脂多醣誘導的急性神經發炎對小膠質細胞空間覆蓋和初級聽覺皮層（ACx）中電生理神經元活動的影響。 ACx中的平均SAR為0.5W / kg。多單元記錄顯示，LTE-EMF會降低對純音和自然發聲的反應強度，同時增加對低頻和中頻的聲學閾值。 Iba1免疫組織化學顯示小膠質細胞體和過程覆蓋的區域沒有變化。在健康大鼠中，相同的LTE暴露不會引起反應強度和聲學閾值的變化。我們的數據顯示急性神經發炎使神經元對 LTE-EMF 的反應，導致 ACx 對聲音刺激的處理改變。
過去三十年來，由於無線通訊的不斷擴展，人類的電磁環境發生了巨大變化。目前，超過三分之二的人口被視為手機（MP）用戶。這項技術的大規模普及引發了人們對射頻（RF）範圍內脈衝電磁場（EMF）潛在危險影響的擔憂和爭論，這些電磁場由MP或基地台發射並對通訊進行編碼。這個公共衛生問題促使了許多致力於研究射頻吸收在生物組織中影響的實驗研究1。其中一些研究尋找神經網路活動和認知過程的變化，因為在廣泛使用MP的情況下，大腦與射頻源的接近程度。許多已通報的研究解決了第二代（2G）全球行動通訊系統（GSM）或寬頻碼分多址（WCDMA）/第三代通用行動電信系統（WCDMA / 3G UMTS）中使用的脈衝調變訊號的影響2,3,4,5。對於第四代（4G）行動服務中使用的射頻訊號的影響知之甚少，它依賴一種稱為長期演進 (LTE) 技術的全數位網路協定技術。 LTE 手機服務於 2011 年推出，預計到 2022 年 1 月全球 LTE 用戶數將達到 66 億 (GSMA：//gsacom.com)。與基於單載波調變方案的 GSM (2G) 和 WCDMA (3G) 系統相比，LTE 使用正交頻分複用 (OFDM) 作為基本訊號格式6。在全球範圍內，LTE 行動服務使用 450 至 3700 MHz 之間的一系列不同頻段，包括 GSM 中也使用的 900 和 1800 MHz 頻段。
射頻暴露對生物過程的影響能力很大程度上取決於以瓦/公斤為單位的特定吸收率 (SAR)，該值用於測量生物組織吸收的能量。最近，研究人員在健康人類志願者中研究了頭部急性暴露於 2.573 GHz LTE 訊號 30 分鐘對整體神經網路活動的影響。使用靜息態 fMRI 觀察到 LTE 暴露可引起自發的慢頻率波動和區域內或區域間連接的改變，而根據主題 7、8、9，估計 10 克組織的平均空間峰值 SAR 水平在 0.42 到 1.52 瓦/公斤之間變化。在類似暴露條件下（30 分鐘持續時間，使用代表性人體頭部模型估計的峰值 SAR 水平為 1.34 瓦/公斤）的腦電圖分析表明，alpha 和 beta 波段的頻譜功率和半球相干性降低。然而，另外兩項基於腦電圖分析的研究發現，20 或 30 分鐘的 LTE 頭部暴露，最大局部SAR 水平設定在 2 W/kg 左右，要么沒有可檢測到的效果11，要么導致 alpha 波段的光譜功率下降，而使用 Stroop 測試 12 評估的功能中認知並沒有發生變化。在專門研究 GSM 或 UMTS EMF 暴露影響的 EEG 或認知研究結果中也發現了顯著差異。這些差異被認為是由於方法設計和實驗參數的變化引起的，包括訊號類型和調製、暴露強度和持續時間，或由於人類受試者在年齡、解剖學或性別方面的異質性。
到目前為止，很少有動物研究用於確定 LTE 訊號暴露如何影響大腦功能。最近有報告指出，從胚胎晚期到斷奶，對發育中的小鼠進行全身暴露（30 分鐘/天，5 天/週，平均全身 SAR 為 0.5 或 1 W/kg）導致成年期的運動和食慾行為發生改變 14。對成年大鼠進行反覆全身暴露（2 公頃/天，持續 6 週）發現會誘發氧化壓力並降低從視神經獲得的視覺誘發電位的幅度，最大 SAR 估計低至 10 mW/kg15。
除了在細胞和分子層面等多個尺度上進行分析外，囓齒動物模型還可用於研究射頻暴露在疾病過程中的影響，例如先前研究的GSM或WCDMA/3G UMTS電磁場在急性神經發炎中的應用。研究表明，射頻暴露也可能影響癲癇、神經退化性疾病或神經膠質瘤的治療效果 16,17,18,19,20。
注射脂多醣 (LPS) 的囓齒動物是與病毒或細菌引起的良性傳染病相關的急性神經發炎反應的經典臨床前模型，每年都會影響大多數人群。這種發炎狀態會導致可逆性疾病和憂鬱行為綜合徵，其特徵是發燒、食慾不振和社交互動減少。中樞神經系統駐留吞噬細胞如小膠質細胞是這種神經發炎反應的關鍵效應細胞。用 LPS 治療囓齒動物會觸發小膠質細胞的激活，其特徵是其形狀和細胞過程的重塑以及轉錄組譜的深刻變化，包括編碼促炎細胞因子或酶的基因的上調，從而影響神經元網絡活動 22、23、24。
研究了 LPS 治療大鼠頭部單次 2 小時暴露於 GSM-1800 MHz EMF 的影響，我們發現 GSM 訊號會觸發大腦皮質的細胞反應，影響基因表現、谷氨酸受體磷酸化、神經元 Meta 誘發的放電和大腦皮質小膠質細胞的形態。在接受相同 GSM 暴露的健康大鼠中未檢測到這些影響，這表明 LPS 觸發的神經發炎狀態使中樞神經系統細胞對 GSM 訊號敏感。關注 LPS 治療大鼠的聽覺皮質 (ACx)，其中局部 SAR 平均為 1.55 W/kg，我們觀察到 GSM 暴露導緻小膠質細胞過程的長度或分支增加，純音和自然刺激 28 引起的神經元反應減少。
在目前的研究中，我們的目的是檢查僅頭部暴露於 LTE-1800 MHz 訊號是否也會改變 ACx 中的小膠質細胞形態和神經元活動，從而將暴露功率降低三分之二。我們在此表明，LTE 訊號對小膠質細胞過程沒有影響，但仍引發了 LPS 治療大鼠 ACx 中聲音誘發皮質活動的顯著減少，SAR 值為 0.5 W/kg。
鑑於先前的證據表明，在促炎條件下暴露於 GSM-1800 MHz 會改變小膠質細胞的形態，我們研究了暴露於 LTE 訊號後這種影響。
成年大鼠在頭部假暴露或 LTE-1800 MHz 暴露前 24 小時注射 LPS。暴露後，大腦皮質中建立了 LPS 觸發的神經發炎反應，如促發炎基因的上調和皮質小膠質細胞形態的變化所示（圖 1）。 LTE 頭部暴露的功率設定為在 ACx 中獲得 0.5 W/kg 的平均 SAR 水準（圖 2）。為了確定 LPS 活化的小膠質細胞是否對 LTE EMF 有反應，我們分析了用抗 Iba1 染色的皮質切片，這些切片選擇性地標記了這些細胞。如圖 3a 所示，在假暴露或 LTE 暴露後 3 至 4 小時固定的 ACx 切片中，小膠質細胞看起來非常相似，顯示出由 LPS 促炎處理引起的「緻密樣」細胞形態（圖 1）。與沒有形態反應一致，定量影像分析顯示在總面積上沒有顯著差異（非配對 t 檢驗，p = 0.308）或面積（p = 0.196）和密度（p = 0.061）比較 LTE 大鼠和假暴露動物暴露於 Iba 1 染色的細胞體的情況（圖 3b-d）。
腹腔內注射 LPS 對皮質小膠質細胞形態的影響。腹腔內注射 LPS 或載體（對照）24 小時後，大腦皮質（背內側區域）冠狀切面中的小膠質細胞代表性視圖。細胞以抗 Iba1 抗體染色，如前所述。 LPS 促發炎治療導緻小膠質細胞形態發生變化，包括近端增厚和細胞突起的短次級分支增加，從而呈現「緻密狀」外觀。比例尺：20 µm。
對大鼠腦部暴露於 1800 MHz LTE 期間的特定吸收率 (SAR) 進行劑量分析。先前描述的幻影大鼠和環形天線 62 的異構模型用於評估大腦中的局部 SAR，具有 0.5 mm3 立方網格。 (a) 暴露設定中的大鼠模型的整體視圖，頭部上方有一個環形天線，身體下方有一個金屬導熱墊（黃色）。 (b) 成人大腦中 SAR 值的分佈，空間解析度為 0.5 mm3。矢狀切面中黑色輪廓劃定的區域對應於初級聽覺皮層，在這裡分析小膠質細胞和神經元活動。 SAR 值的顏色編碼比例適用於圖中所示的所有數值模擬。
LTE 或 Sham 暴露後，大鼠聽覺皮質中註射 LPS 的小膠質細胞。 （a）在 Sham 或 LTE 暴露（暴露）3 至 4 小時後，在 LPS 灌注的大鼠聽覺皮層的冠狀切片中，用抗 Iba1 抗體染色的小膠質細胞的代表性堆疊視圖。比例尺：20 µm。 （bd）假手術（空心點）或 LTE 暴露（暴露，黑點）後 3 至 4 小時的小膠質細胞形態測量評估。 （b，c）小膠質細胞標記 Iba1 的空間覆蓋率 (b) 和 Iba1 陽性細胞體的面積 (c)。數據表示抗 Iba1 染色面積標準化為 Sham 暴露動物的平均值。 （d）抗 Iba1 染色的小膠質細胞體計數。 Sham（n = 5）和 LTE（n = 6）動物之間的差異並不顯著（p > 0.05，非配對 t 檢定）。箱體的頂部和底部，上線和下線分別代表25-75百分位數和5-95百分位數。平均值在箱體中以紅色標示。
表 1 總結了四組大鼠（Sham、Exposed、Sham-LPS、Exposed-LPS）在初級聽覺皮層中獲得的動物數量和多單元記錄。在以下的結果中，我們包括所有表現出顯著頻譜時間感受野（STRF）的記錄，即音調誘發反應至少比自發發放率高 6 個標準差（見表 1）。應用此標準，我們為 Sham 組選擇了 266 筆記錄，為 Exposed 群組選擇了 273 筆記錄，為 Sham-LPS 群組選擇了 299 筆記錄，為 Exposed-LPS 群組選擇了 295 筆記錄。
在以下段落中，我們將首先描述從光譜-時間感受野（即對純音的反應）和對異種特定發聲的反應中提取的參數。然後，我們將描述每組獲得的頻率響應區域的量化。考慮到實驗設計中存在「嵌套資料」30，所有統計分析均基於電極陣列中的位置數（表1的最後一行），但下文所述的所有效應也基於每組的位置數。收集的多單元記錄總數（表1的第三行）。
圖 4a 顯示了在接受 LPS 處理的 Sham 和暴露動物中獲得的皮質神經元的最佳頻率分佈（BF，在 75 dB SPL 下引起最大反應）。兩組中 BF 的頻率範圍從 1 kHz 擴展到 36 kHz。統計分析表明，這些分佈相似（卡方，p = 0.278），這表明可以在沒有抽樣偏差的情況下對兩組進行比較。
LTE暴露對LPS處理動物皮質反應量化參數的影響。 （a）暴露於LTE（黑色）和假暴露於LTE（白色）的LPS處理動物的皮質神經元中的BF分佈。兩種分佈之間沒有差異。 （bf）LTE暴露對量化光譜時間感受野（STRF）參數的影響。在STRF（總反應強度）和最佳頻率（b，c）上，反應強度均顯著降低（* p <0.05，非配對t檢定）。反應持續時間，反應頻寬和頻寬常數（df）。發聲反應的強度和時間可靠性均降低（g，h）。自發活動沒有顯著減少（i）。 （* p <0.05，非配對t檢定）。 （j，k）LTE暴露對皮質閾值的影響。與假暴露大鼠相比，LTE暴露大鼠的平均閾值顯著較高。這種影響更為明顯在低頻和中頻。
圖 4b-f 顯示了從這些動物的 STRF 得出的參數分佈（紅線表示平均值）。 LTE 暴露對 LPS 治療動物的影響似乎顯示神經元興奮性降低。首先，與 Sham-LPS 動物相比，BF 的整體反應強度和反應顯著降低（圖 4b、c 非配對 t 檢定，p = 0.0017；和 p = 0.0445）。同樣，對通訊聲音的反應強度和試驗間信度均降低（圖 4g、h；非配對 t 檢驗，p = 0.043）。自發性活動減少，但這種影響並不顯著（圖 4i；p = 0.0745）。反應持續時間、調諧頻寬和反應延遲不受 LPS 治療動物的 LTE 暴露影響（圖 4d-f），顯示頻率選擇性和起始反應的精確度不受 LPS 治療動物的 LTE 暴露影響。
接下來我們評估純音皮質閾值是否會因 LTE 暴露而改變。從每次記錄獲得的頻率響應區域 (FRA)，我們確定了每個頻率的聽覺閾值，並對兩組動物的這些閾值取平均值。圖 4j 顯示了 LPS 治療大鼠從 1.1 到 36 kHz 的平均 (± sem) 閾值。比較 Sham 組和 Exposed 組的聽覺閾值，結果顯示與 Sham 組動物相比，暴露組動物的閾值顯著增加 (圖 4j)，這種影響在低頻和中頻更為明顯。更準確地說，在低頻 (< 2.25 kHz)，高閾值的 A1 神經元比例增加，而低閾值和中閾值神經元比例下降 (卡方= 43.85; p < 0.0001; 圖 4k，左圖)。在中頻（2.25 < 頻率（kHz）< 11）也觀察到了相同的效果：與未暴露組相比，中等閾值的皮質記錄比例較高，低閾值神經元比例較低（卡方= 71.17；p < 0.001；圖 4k，中間面板）。高頻神經元（≥ 11 kHz，p = 0.0059）的閾值也有顯著差異；低閾值神經元比例降低，中高閾值神經元比例增加（卡方= 10.853；p = 0.04 圖 4k，右圖）。
圖 5a 顯示了在健康動物中假手術組和暴露組獲得的皮質神經元的最佳頻率分佈（BF，在 75 dB SPL 下引起最大反應）。統計分析表明，兩個分佈相似（卡方，p = 0.157），這表明可以在沒有抽樣偏差的情況下對兩組進行比較。
LTE 暴露對健康動物皮質反應量化參數的影響。 （a）暴露於 LTE（深藍色）和假暴露於 LTE（淺藍色）的健康動物皮質神經元中的 BF 分佈。兩種分佈之間沒有差異。 （bf）LTE 暴露對量化光譜時間感受野 (STRF) 參數的影響。在 STRF 和最佳頻率上，反應強度沒有顯著變化（b，c）。響應持續時間略有增加（d），但響應頻寬和頻寬沒有變化（e，f）。發聲反應的強度和時間可靠性均未改變（g，h）。自發活動沒有顯著變化（i）。 （* p < 0.05 非配對 t 檢定）。 （j，k）LTE 暴露對皮質閾值的影響。平均而言，與假暴露大鼠相比，LTE 暴露大鼠的閾值沒有顯著變化，但暴露動物的高頻閾值略低。
圖 5b-f 顯示了表示來自兩組 STRF 的參數分佈和平均值（紅線）的箱線圖。在健康動物中，LTE 暴露本身對 STRF 參數的平均值影響很小。與 Sham 組（暴露組的淺藍色框與深藍色框）相比，LTE 暴露既沒有改變總響應強度，也沒有改變 BF 的響應（圖 5b、c；非配對 t 檢驗，分別為 p = 0.2176 和 p = 0.8696）。對光譜頻寬和延遲也沒有影響（分別為 p = 0.6764 和 p = 0.7129），但反應持續時間顯著增加（p = 0.047）。對發聲反應的強度（圖 5g，p = 0.4375）、這些反應的試驗間信度（圖 5h，p = 0.3412）和自發性活動（圖）也沒有影響。 5).5i；p=0.3256）。
圖 5j 顯示了健康大鼠在 1.1 至 36 kHz 範圍內的平均（± sem）閾值。假手術大鼠和暴露大鼠之間沒有顯示出顯著差異，除了暴露動物在高頻率（11-36 kHz）下的閾值略低（非配對 t 檢驗，p = 0.0083）。這種效應反映了這樣一個事實，即在暴露的動物中，在這個頻率範圍內（卡方= 18.312，p = 0.001；圖 5k），低閾值和中閾值的神經元略多（而高閾值的神經元較少）。
綜上所述，當健康動物暴露於 LTE 時，對純音和複雜聲音（如發聲）的反應強度沒有影響。此外，在健康動物中，暴露於 LTE 的動物和接受假手術的動物的皮質聽覺閾值相似，而在接受 LPS 治療的動物中，LTE 暴露導致皮質閾值大幅增加，尤其是在低頻和中頻範圍內。
我們的研究表明，對於經歷急性神經發炎的成年雄性大鼠，暴露於局部 SARACx 為 0.5 W/kg 的 LTE-1800 MHz（參見方法）會導致通訊原始記錄中聲音誘發反應強度顯著降低。當這些神經元活動的變化發生時，小膠質細胞過程所涵蓋的空間域範圍沒有任何明顯變化。在健康大鼠中沒有觀察到 LTE 對皮質誘發反應強度的這種影響。考慮到 LTE 暴露和假暴露動物的記錄單元之間最佳頻率分佈的相似性，神經元反應性的差異可以歸因於 LTE 訊號的生物學效應，而不是取樣偏差（圖 4a）。此外，LTE 暴露大鼠的反應潛伏期和頻譜調諧頻寬沒有變化表明，這些記錄很可能是從相同的皮質層採樣的，這些層位於主要 ACx 而不是次要區域。
據我們所知，LTE訊號對神經元反應的影響先前尚未見報道。然而，先前的研究已經證明GSM-1800MHz或1800MHz連續波（CW）能夠改變神經元的興奮性，儘管根據實驗方法的不同存在顯著差異。在暴露於SAR水平為8.2W/Kg的1800MHz CW後不久，來自蝸牛神經節的記錄顯示觸發動作電位和神經元調節的閾值降低。另一方面，在4.6W/kg的SAR下，暴露於GSM-1800MHz或1800MHz CW 15分鐘後，源自大鼠腦的原代神經元培養物的尖峰和爆發活動減少。這種抑制在暴露後30分鐘內僅部分可逆。在SAR為9.2W/kg時，神經元完全沉默。劑量反應分析顯示GSM-1800 MHz 在抑制突發活動方面比 1800 MHz CW 更有效，這表明神經元反應依賴射頻訊號調製。
在我們的設定中，在 2 小時頭部暴露結束後 3 至 6 小時在體內收集皮質誘發反應。在先前的研究中，我們研究了 GSM-1800 MHz 在 1.55 W/kg SARACx 下的影響，發現對健康大鼠的聲音誘發皮質反應沒有顯著影響。在這裡，在健康大鼠中，以 0.5 W/kg SARACx 暴露於 LTE-1800 引起的唯一顯著影響是在呈現純音時反應持續時間略有增加。這種影響很難解釋，因為它沒有伴隨反應強度的增加，這表明這種較長的反應持續時間發生在皮質神經元激發的動作電位總數相同的情況下。一種解釋可能是 LTE 暴露可能會降低某些抑制性中間神經元的活動，因為已經證明在初級 ACx 中，前饋抑制控制由興奮性丘腦輸入觸發的錐體細胞反應的持續時間33,34,35 36，37。
相反，在受到 LPS 觸發的神經發炎的大鼠中，LTE 暴露對聲音誘發的神經元放電持續時間沒有影響，但對誘發反應強度有顯著影響。事實上，與接受 LPS 假暴露的大鼠記錄的神經元反應相比，接受 LTE 的 LPS 治療的大鼠的神經元反應強度降低，在呈現純音和自然發聲時均觀察到了這種效果。對純音的反應強度降低發生在 75 dB 的頻譜調諧頻寬沒有變窄的情況下，並且由於它發生在所有聲音強度下，它導致低頻和中頻皮質神經元的聲學閾值增加。
誘發反應強度的降低表明，在接受 LPS 治療的動物中，0.5 W/kg SARACx 下 LTE 訊號的效果與施加三倍高 SARACx（1.55 W/kg）的 GSM-1800 MHz 的效果相似 28。至於 GSM 訊號，頭部暴露於 LTE-1800 MHz 可能會降低 LPS 觸發的神經發炎的大鼠 ACx 神經元的神經元興奮性。根據這個假設，我們也觀察到神經元對發聲反應的試驗可靠性下降的趨勢（圖 4h）和自發性活動減少（圖 4i）。然而，很難在體內確定 LTE 訊號是否降低神經元內在興奮性或減少突觸輸入，從而控制 ACx 中的神經元反應。
首先，這些較弱的反應可能是由於暴露於 LTE 1800 MHz 後皮質細胞的內在興奮性降低所致。支持這一想法的是，當 GSM-1800 MHz 和 1800 MHz-CW 分別以 3.2 W/kg 和 4.6 W/kg 的 SAR 水平直接應用於皮質大鼠神經元原代培養物時，會降低爆發活動，但需要閾值 SAR 水平才能顯著降低爆發活動。主張降低內在興奮性，我們也觀察到暴露動物的自發性放電率低於假暴露動物。
其次，LTE 暴露也可能影響丘腦皮質或皮質-皮質突觸的突觸傳遞。大量記錄表明，在聽覺皮質中，頻譜調諧的寬度不僅僅由傳入丘腦投射決定，而且皮質內連接會為皮質部位提供額外的頻譜輸入39,40。在我們的實驗中，皮質 STRF 在暴露和假暴露動物中顯示出相似的頻寬，這一事實間接表明 LTE 暴露的影響不會影響皮質-皮質連接。這也表明，在 SAR 下暴露的其他皮質區域的連接性高於在 ACx 下測量的（圖 2）可能不是導致此處報告的反應改變的原因。
在這裡，與接受 LPS 假暴露的動物相比，接受 LPS 暴露的皮質記錄中有很大一部分顯示出較高的閾值。鑑於有人提出皮質聲學閾值主要受丘腦皮質突觸強度39,40 控制，因此可以懷疑丘腦皮質傳輸因暴露而部分減少，無論是突觸前（谷氨酸釋放減少）還是突觸後水平（受體數量或親和力減少）。
與 GSM-1800 MHz 的影響類似，LTE 引起的神經元反應改變發生在 LPS 觸發的神經發炎背景下，其特徵是小膠質細胞反應。目前的證據表明，小膠質細胞強烈影響正常和病理大腦中神經元網路的活動41,42,43。它們調節神經傳遞的能力不僅取決於它們產生的可能或可能限制神經傳遞的化合物的產生，還取決於它們的細胞過程的高運動性。在大腦皮質中，由於小膠質細胞突起的生長，神經元網路活動的增加和減少都會引起小膠質細胞空間域的快速擴張44,45。特別是，小膠質細胞突起被募集到活化的丘腦皮質突觸附近，並可以透過​​涉及小膠質細胞介導的局部腺苷產生的機制來抑制興奮性突觸的活動。
在接受 GSM-1800 MHz 和 1.55 W/kg SARACx 照射的 LPS 治療大鼠中，ACx 神經元活動減少，小膠質細胞突起生長，ACx28 中 Iba1 染色區域明顯增加。這項觀察結果表明，GSM 暴露引發的小膠質細胞重塑可積極促進 GSM 誘導的聲音誘發神經元反應減少。我們目前的研究在 LTE 頭部暴露（SARACx 限制為 0.5 W/kg）的背景下反駁了這個假設，因為我們沒有發現小膠質細胞突起覆蓋的空間域增加。然而，這並不排除 LTE 訊號對 LPS 活化的小膠質細胞的任何影響，這可能反過來影響神經元活動。需要進一步研究來回答這個問題，並確定急性神經發炎改變神經元對 LTE 訊號反應的機制。
據我們所知，LTE 訊號對聽覺處理的影響尚未被研究過。我們先前的研究 26、28 和目前的研究表明，在急性發炎的情況下，頭部單獨暴露於 GSM-1800 MHz 或 LTE-1800 MHz 會導致 ACx 中的神經元反應發生功能性改變，這可以透過聽力閾值的增加來證明。由於至少兩個主要原因，耳蝸功能不應該受到我們 LTE 暴露的影響。首先，如圖 2 所示的劑量學研究所示，最高水平的 SAR（接近 1 W/kg）位於背內側皮質（天線下方），並且隨著人類更加橫向和橫向移動，它們會大幅下降。頭部的腹側部分。可以估計在大鼠耳廓水平（耳道下方）約為 0.1 W/kg。其次，當豚鼠耳朵暴露於 GSM 900 MHz（每週 5 天，1小時/天，SAR 在 1 至 4 W/kg 之間），畸變產物耳聲發射閾值和聽覺腦幹反應的幅度沒有可檢測到的變化47。此外，在健康大鼠中，在局部 SAR 為 2 W/kg 的情況下，頭部反覆暴露於 GSM 900 或 1800 MHz 不會影響耳蝸外毛細胞功能48,49。這些結果與在人類中獲得的數據相呼應，調查顯​​示，暴露於 GSM 手機發出的 EMF 10 至 30 分鐘對耳蝸50,51,52或腦幹水平53,54 的聽覺處理沒有持續的影響。
在我們的研究中，在暴露結束後 3 至 6 小時內在體內觀察到了 LTE 觸發的神經元放電變化。在先前對皮質背內側部分的研究中，在暴露後 24 小時觀察到的 GSM-1800 MHz 引起的幾種影響在暴露後 72 小時不再可檢測到。這是由於小膠質細胞突起擴張、IL-1β 基因下調和 AMPA 受體翻譯後修飾所致。考慮到聽覺皮質的 SAR 值（0.5W/kg）低於背內側區域（2.94W/kg26），因此這裡報告的神經元活動變化似乎是暫時的。
我們的數據應該考慮到合格的 SAR 限值和對手機使用者大腦皮質中達到的實際 SAR 值的估計。目前用於保護公眾的標準將局部頭部或軀幹暴露於 100 kHz 和 6 GHz RF 範圍內的無線電頻率的 SAR 限值設定為 2 W/kg。
人們已經使用不同的人體頭部模型進行了劑量模擬，以確定在一般頭部或行動電話通訊過程中頭部不同組織的射頻功率吸收。除了人體頭部模型的多樣性之外，這些模擬還強調了根據解剖學或組織學參數（例如頭骨的外部或內部形狀、厚度或含水量）來估算大腦吸收能量的顯著差異或不確定性。不同的頭部組織因年齡、性別或個體而異 56,57,58。此外，手機特性（例如天線的內部位置和手機相對於使用者頭部的位置）會嚴重影響大腦皮質中 SAR 值的水平和分佈 59,60。然而，考慮到已報告的人類大腦皮層 SAR 分佈（這些分佈是根據發射 1800 MHz 範圍內無線電頻率的手機模型建立的 58、59、60），似乎人類聽覺皮層中達到的 SAR 水平仍未充分利用人類大腦皮層。我們的研究（SARACx 0.5 W/kg）。因此，我們的數據並沒有挑戰目前適用於公眾的SAR值極限。
總之，我們的研究表明，單次頭部暴露於 LTE-1800 MHz 會幹擾皮質神經元對感覺刺激的神經元反應。與先前對 GSM 訊號影響的表徵一致，我們的結果表明 LTE 訊號對神經元活動的影響因健康狀況而異。急性神經發炎使神經元對 LTE-1800 MHz 敏感，導致皮質對聽覺刺激的處理改變。
數據收集自Janvier實驗室獲得的31隻55天齡成年雄性Wistar大鼠的大腦皮質。大鼠飼養在濕度（50-55％）和溫度（22-24°C）受控的設施中，光照/黑暗週期為12小時/12小時（早上7:30開燈），可自由獲取食物和水。所有實驗均按照歐洲共同體理事會指令（2010/63 / EU理事會指令）制定的準則進行，這些準則與神經科學學會關於神經科學研究中使用動物的準則中所述的準則類似。本方案經巴黎南部和中心倫理委員會（CEEA N°59，項目2014-25，國家議定書03729.02）批准，採用該委員會32-2011和34-2012驗證的程序。
在接受 LPS 治療和暴露於（或假暴露於）LTE-EMF 之前，動物至少要適應群落室 1 週。
在 LTE 或假手術暴露前 24 小時，給 22 隻大鼠腹膜內 (ip) 注射用無菌無內毒素等滲鹽水稀釋的 E. coli LPS (250 µg/kg，血清型 0127:B8，SIGMA)（每組 n ）。 = 11)。在2月齡Wistar雄性大鼠中，LPS處理引起神經發炎反應，表現為大腦皮質中幾種促炎基因（腫瘤壞死因子α、白細胞介素1β、CCL2、NOX2、NOS2）在註射LPS 24小時後上調，其中編碼NOX2酶和白細胞介素1β的轉錄本水平分別增加了4倍和12倍。在此24小時時間點，皮質小膠質細胞顯示出LPS引發的細胞促炎活化所預期的典型「緻密」細胞形態（圖1），這與其他LPS引發的細胞活化形成對比。細胞促發炎活化對應於24，61。
使用先前用於評估 GSM EMF26 效果的實驗裝置，對 LTE EMF 進行頭部暴露。在註射 LPS（11 隻動物）或未經 LPS 治療（5 隻動物）24 小時後進行 LTE 暴露。在暴露之前，用氯胺酮/賽拉嗪（氯胺酮 80 mg/kg，ip；賽拉嗪 10 mg/kg，ip）對動物進行輕度麻醉，以防止移動並確保動物的頭部位於發射 LTE 訊號的環形天線中。以下可重複位置。來自同一籠子的一半大鼠作為對照（11 隻假暴露動物，來自 22 隻用 LPS 預處理的大鼠）：將它們放置在環形天線下，並將 LTE 訊號的能量設為零。暴露和假暴露動物的體重相似（p = 0.558，非配對 t 檢驗，ns）。所有麻醉動物均放置在無金屬加熱墊上以保持整個實驗過程中，體溫保持在37°C左右。與先前的實驗一樣，暴露時間設定為2小時。暴露後，將動物放在手術室的另一個加熱墊上。對10隻健康大鼠（未經LPS處理）應用相同的暴露程序，其中一半來自同一籠子，進行假暴露（p=0.694）。
暴露系統與先前研究中描述的系統 25、62 類似，以射頻產生器取代 GSM 電磁場來產生 LTE。簡而言之，發射 LTE - 1800 MHz 電磁場的 RF 產生器（SMBV100A，3.2 GHz，Rohde & Schwarz，德國）連接到功率放大器（ZHL-4W-422+，Mini-Circuits，美國）、循環器（D3 1719-N，Sodhy，法國） dB，Sodhy，法國）和四路功率分配器（DC D 0922-4N，Sodhy，法國），允許同時暴露四隻動物。連接到雙向耦合器的功率計（N1921A，Agilent，美國）允許連續測量和監測設備內的入射和反射功率。每個輸出連接到環形天線(Sama-Sistemi srl; Roma)，可使動物的頭部部分暴露。環形天線由一個印刷電路組成，在絕緣環氧基板上刻有兩條金屬線（介電常數εr = 4.6）。裝置的一端由一根1毫米寬的金屬線組成，形成一個靠近動物頭部的環。與先前的研究26、62一樣，使用數值大鼠模型和有限差分時域（FDTD）方法63、64、65以數值方式確定特定吸收率（SAR）。它們還在均質大鼠模型中使用Luxtron探針測量溫升，透過實驗確定。在這種情況下，使用以下公式計算以W / kg為單位的SAR：SAR = C ΔT /Δt，其中C是熱容量，單位為J /（kg K），ΔT以°K為單位，Δt是溫度變化，時間以秒為單位。將數值確定的SAR值與使用均質模型獲得的實驗SAR值進行了比較，特別是在等效大鼠中大腦區域。數值SAR測量結果與實驗檢測到的SAR值之間的差異小於30％。
圖 2a 顯示了大鼠模型中大鼠大腦中的 SAR 分佈，該分佈與我們研究中使用的大鼠的體重和大小分佈相符。腦部平均 SAR 為 0.37 ± 0.23 W/kg（平均值±SD）。 SAR 值在環形天線正下方的皮質區域最高。 ACx（SARACx）中的局部 SAR 為 0.50 ± 0.08 W/kg（平均值±SD）（圖 2b）。由於暴露大鼠的體重是均勻的，並且頭部組織厚度的差異可以忽略不計，因此預計暴露動物之間的 ACx 或其他皮質區域的實際 SAR 會非常相似。
在暴露結束時，給動物補充額外劑量的氯胺酮（20 mg / kg，ip）和賽拉嗪（4 mg / kg，ip），直到捏後爪後沒有觀察到反射運動。將局部麻醉劑（Xylocain 2％）皮下注射到頭骨上方的皮膚和顳肌中，並將動物放在無金屬加熱系統上。將動物放入立體定位框架後，在左顳皮質進行開顱手術。與我們先前的研究66一樣，從頂骨和顳骨交界處開始，開口寬9毫米，高5毫米。在雙眼控制下小心地移除ACx上​​方的硬腦膜，而不會損壞血管。在手術結束時，用牙科丙烯酸水泥建造一個基座，以便在記錄過程中無創傷地固定動物的頭部。將支撐動物的立體定位框架放置在聲學衰減室（IAC，型號AC1）中。
數據是從 20 隻大鼠初級聽覺皮層的多單元記錄中獲得的，其中 10 隻動物用 LPS 預先處理過。細胞外記錄是從 16 個鎢電極 (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) 的陣列中獲得的，該電極由兩排 8 個電極組成，間隔 1000 µm（同一排電極之間 350 µm）。將一條用於接地的銀線 (ø: 300 µm) 插入顳骨和對側硬腦膜之間。估計原發性 ACx 的位置在前囟後 4-7 毫米處，顳上縫腹側 3 毫米處。原始訊號被放大 10,000 倍 (TDT Medusa)，然後由多通道資料擷取系統 (RX5, TDT) 處理。對從每個電極收集的訊號進行濾波 (610-10,000 Hz) 以提取多單元活動 (MUA)。觸發仔細設定每個電極的水平（由對暴露或假暴露狀態不知情的共同作者設定），以從訊號中選擇最大的動作電位。對波形的線上和離線檢查表明，這裡收集的 MUA 由電極附近 3 到 6 個神經元產生的動作電位組成。在每個實驗開始時，我們設定電極陣列的位置，以便兩排八個電極可以對神經元進行取樣，當在喙部方向進行時，從低頻到高頻響應。
在 Matlab 中產生聲學刺激，傳輸到基於 RP2.1 的聲音傳輸系統 (TDT)，然後傳送到 Fostex 揚聲器 (FE87E)。揚聲器放置在距離大鼠右耳 2 cm 處，在此距離下，揚聲器產生 140 Hz 至 36 kHz 之間的平坦頻譜 (± 3 dB)。使用噪音和純音進行揚聲器校準，使用 Bruel 和 Kjaer 麥克風 4133 連接到前級擴大機 B&K 2169 和數位錄音機 Marantz PMD671。使用 97 個伽瑪音訊率確定頻譜時間感受野 (STRF)，涵蓋 8 個 (0.14–36 kHz) 倍頻程，以 75 dB SPL 和 4.15 Hz 的隨機順序呈現。使用同一組音調確定頻率響應區域 (FRA)，並以 2 Hz 的隨機順序呈現75 至 5 dB SPL。每個頻率在每個強度下出現八次。
也評估了對自然刺激的反應。在先前的研究中，我們觀察到無論神經元最佳頻率（BF）如何，大鼠的發聲很少在 ACx 中引起強烈的反應，而異種移植特異性（例如鳴禽或豚鼠的發聲）通常引起整個音調圖。因此，我們測試了豚鼠對發聲的皮質反應（36 中使用的口哨與 1 秒的刺激相連，呈現 25 次）。

我們也可以根據您的需求客製化射頻被動元件。您可以進入自訂頁面，提供您所需的規格參數。
https://www.keenlion.com/customization/

電子郵件：
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com