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行動通訊需求的不斷增長促使無線技術（G）持續湧現，這些技術可能對生物系統產生不同的影響。為了驗證這一點，我們讓大鼠單頭暴露於4G長期演進（LTE）-1800 MHz電磁場（EMF）2小時。隨後，我們評估了脂多醣誘導的急性神經發炎對初級聽覺皮質（ACx）中小膠質細胞空間覆蓋和電生理神經元活動的影響。 ACx的平均SAR為0.5 W/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，同時提高低頻和中頻的聽覺閾值。 Iba1免疫組化染色顯示，小膠質細胞胞體和突起的覆蓋面積沒有改變。在健康大鼠中，同樣的LTE暴露並未引起反應強度和聽覺閾值的變化。我們的數據表明，急性神經發炎會使…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，由於無線通訊的持續發展，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認為是行動電話（MP）用戶。這項技術的廣泛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。這些脈衝電磁場由行動電話或基地台發射，用於編碼通訊訊號。這個公共衛生問題促使人們進行了​​大量實驗研究，致力於探討射頻訊號對生物組織的影響¹。鑑於行動電話的普遍使用，大腦與射頻源的距離越來越近，其中一些研究著眼於神經元網路活動和認知過程的變化。許多已發表的研究探討了第二代（2G）全球行動通訊系統（GSM）或寬頻碼分多址（WCDMA）/第三代通用行動通訊系統（WCDMA/3G UMTS）²,³,⁴,⁵中使用的脈衝調變訊號的影響。然而，人們對第四代（4G）行動通訊服務中使用的射頻訊號的影響知之甚少。它依賴一種名為長期演進（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2022年1月，全球LTE用戶將達到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。在全球範圍內，LTE行動服務使用450至3700 MHz之間的各種不同頻段，包括GSM也使用的900和1800 MHz頻段。
射頻輻射對生物過程的影響能力主要取決於比吸收率 (SAR)，其單位為 W/kg，用於衡量生物組織吸收的能量。最近，一項針對健康志願者的研究探討了頭部急性暴露於 2.573 GHz LTE 訊號 30 分鐘對整體神經元網路活動的影響。利用靜息態功能性磁振造影 (fMRI)，研究發現 LTE 暴露可誘發自發性慢頻波動以及區域內或區域間連接的改變，而根據文獻 7、8 和 9，10 克組織的平均空間峰值 SAR 值估計在 0.42 至 1.52 W/kg 之間。在類似的暴露條件下（持續時間 30 分鐘，使用代表性人頭模型估計峰值 SAR 值為 1.34 W/kg），腦電圖 (EEG) 分析顯示 α 和 β 頻段的頻譜功率和半球相干性降低。然而，另兩項基於 EEG 分析的研究發現，頭部暴露於 LTE 20 或 30 分鐘，並伴隨局部最大強度，對整體神經元網路活動的影響不大。 SAR 水準設定在 2 W/kg 左右時，要麼沒有可偵測到的影響¹¹，要麼導致 α 波段的頻譜功率下降，而使用 Stroop 測試評估的認知功能並未發生變化¹²。專門研究 GSM 或 UMTS 電磁場暴露影響的腦電圖或認知研究結果也有顯著差異。這些差異被認為源於方法設計和實驗參數的差異，包括訊號類型和調製方式、暴露強度和持續時間，或源自受試者在年齡、解剖結構或性別方面的異質性。
迄今為止，用於確定LTE訊號暴露如何影響大腦功能的動物研究還很少。最近有報告指出，從胚胎後期到斷奶期，對發育中的小鼠進行全身暴露（每天30分鐘，每週5天，平均全身SAR為0.5或1 W/kg），會導致成年小鼠的運動和食慾行為發生改變¹⁴。對成年大鼠進行重複全身暴露（每天2 h，持續6週）發現，可誘導氧化壓力並降低視神經視覺誘發電位的幅度，估計最大SAR低至10 mW/kg¹⁵。
除了在包括細胞和分子水平在內的多個尺度上進行分析外，囓齒動物模型還可用於研究疾病期間射頻暴露的影響，例如先前針對急性神經發炎背景下的GSM或WCDMA/3G UMTS電磁場的研究。研究表明，射頻暴露會對癲癇發作、神經退化性疾病或膠質瘤產生影響^{16,17,18,19,20}。
注射脂多醣 (LPS) 的囓齒動物是研究由病毒或細菌引起的良性傳染病（每年影響大多數人）相關的急性神經發炎反應的經典臨床前模型。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 (CNS) 的固有吞噬細胞（例如小膠質細胞）是這種神經發炎反應的關鍵效應細胞。用 LPS 處理囓齒動物會觸發小膠質細胞的激活，其特徵是小膠質細胞的形狀和細胞過程發生重塑，以及轉錄組譜發生顯著變化，包括編碼促炎細胞因子或酶的基因上調，這些基因會影響神經元網絡^{22, 23, 24}。
我們研究了LPS處理的大鼠單次暴露於GSM-1800 MHz電磁場2小時後的影響，發現GSM訊號會引發大腦皮質的細胞反應，影響基因表現、麩胺酸受體磷酸化、神經元Meta誘發的放電以及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效應，這表明LPS誘發的神經發炎狀態使中樞神經系統細胞對GSM訊號更加敏感。我們將重點放在LPS處理的大鼠的聽覺皮層（ACx），該區域的局部SAR平均為1.55 W/kg，觀察到GSM暴露導緻小膠質細胞突起的長度或分支增加，以及純音和自然刺激誘發的神經元反應降低。
在本研究中，我們旨在檢驗僅頭部暴露於 LTE-1800 MHz 訊號是否也能改變 ACx 中的小膠質細胞形態和神經元活動，並將暴露功率降低三分之二。我們在此表明，LTE 訊號對小膠質細胞的突起沒有影響，但仍能顯著降低 LPS 處理大鼠 ACx 中聲音誘發的皮質活動，SAR 值為 0.5 W/kg。
鑑於先前的證據表明，暴露於 GSM-1800 MHz 會改變促炎條件下小膠質細胞的形態，我們研究了暴露於 LTE 訊號後產生的這種效應。
成年大鼠在接受頭部假暴露或LTE-1800 MHz暴露前24小時注射LPS。暴露後，LPS誘導的神經發炎反應在大腦皮質中建立，表現為促發炎基因上調和皮質小膠質細胞形態改變（圖1）。 LTE頭部​​暴露的功率設定為使ACx的平均SAR水準達到0.5 W/kg（圖2）。為了確定LPS活化的小膠質細胞是否對LTE電磁場有反應，我們分析了用抗Iba1抗體染色的皮質切片，該抗體可選擇性地標記這些細胞。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，小膠質細胞形態非常相似，均呈現出LPS促炎處理引起的「緻密樣」細胞形態（圖1）。與形態學反應的缺失一致，定量影像分析顯示總面積無顯著差異。 （非配對 t 檢驗，p = 0.308）或面積（p = 0.196）和密度（p = 0.061），比較 LTE 大鼠暴露於 Iba 1 染色細胞體與假暴露動物的情況（圖 3b-d）。
腹腔注射LPS對皮質小膠質細胞形態的影響。圖示為腹腔注射LPS或載體（對照）24小時後，大腦皮質（背內側區）冠狀切片中小膠質細胞的代表性圖像。細胞用抗Iba1抗體染色，方法如前所述。 LPS促發炎處理導緻小膠質細胞形態發生改變，包括近端增厚和細胞突起短二級分支增多，使其呈現「緻密樣」外觀。比例尺：20 µm。
對大鼠腦部暴露於 1800 MHz LTE 輻射時的比吸收率 (SAR) 進行劑量分析。採用先前描述的異質模型（包括模擬大鼠和環形天線）⁶²，利用 0.5 mm³ 立方網格評估腦部局部 SAR。 (a) 大鼠模型在暴露環境下的全局視圖，模型頭部上方放置環形天線，身體下方放置金屬導熱墊（黃色）。 (b) 成年大鼠腦部 SAR 值分佈，空間解析度為 0.5 mm³。矢狀切面中黑色輪廓線所界定的區域對應於初級聽覺皮層，用於分析該區域的小膠質細胞和神經元活動。圖中所示的所有數值模擬均採用相同的 SAR 值顏色編碼標度。
大鼠聽覺皮質注射LPS後，LTE或假手術處理後小膠質細胞的變化。 (a) 代表性堆疊圖，顯示假手術或LTE處理後3至4小時，LPS灌注大鼠聽覺皮質冠狀切片中用抗Iba1抗體染色的小膠質細胞。比例尺：20 µm。 (b, d) 假手術（空心點）或LTE處理（暴露組，黑點）後3至4小時小膠質細胞的形態計量評估。 (b, c) 小膠質細胞標記物Iba1的空間覆蓋範圍(b)和Iba1陽性細胞體面積(c)。數據代表抗Iba1染色面積，並以假手術組動物的平均值進行標準化。 (d) 抗Iba1染色的小膠質細胞體計數。假手術組（n = 5）和LTE組（n = 6）動物之間的差異無統計學意義（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第25至75百分位數和第5至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（假手術組、暴露組、假手術-LPS組、暴露-LPS組）初級聽覺皮質的動物數量和多單元記錄。以下結果納入了所有具有顯著頻譜時間感受野（STRF）的記錄，即音調誘發的反應至少比自發放電率高6個標準差（見表1）。根據此標準，我們為假手術組選擇了266筆記錄，為暴露組選擇了273筆記錄，為假手術-LPS組選擇了299筆記錄，為暴露-LPS組選擇了295筆記錄。
在接下來的段落中，我們將首先描述從頻譜-時間感受野（即對純音的反應）和對異種特異性發聲的反應中提取的參數。然後，我們將描述每個組別獲得的頻率響應面積的量化。考慮到我們的實驗設計中存在「嵌套資料」³⁰，所有統計分析均基於電極陣列中的位置數量（表1最後一行）進行，但下文所述的所有效應也均基於每個組別中的位置數量。收集的多單元記錄總數（表1第三行）。
圖 4a 顯示了 LPS 處理的假手術組和暴露組動物皮層神經元的最佳頻率分佈（BF，在 75 dB SPL 下引起最大反應的頻率）。兩組的 BF 頻率範圍均從 1 kHz 擴展至 36 kHz。統計分析表明，這些分佈相似（卡方檢定，p = 0.278），提示兩組之間的比較不存在抽樣偏差。
LTE暴露對LPS處理動物皮質反應量化參數的影響。 (a) LPS處理動物皮質神經元中BF分佈，分別暴露於LTE（黑色）和假暴露於LTE（白色）。兩種分佈之間無差異。 (bf) LTE暴露對量化頻譜時間感受野(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)也降低。對發聲的反應強度和時間可靠性均降低(g, h)。自發活動未顯著降低(i)。 (*p < 0.05，非配對t檢定)。 (j,k) LTE暴露對皮質閾值的影響。與假暴露組相比，LTE暴露組大鼠的平均閾值顯著增加。這種效應在低頻和中頻範圍內。
圖 4b-f 顯示了這些動物的 STRF 參數分佈（平均值以紅線表示）。 LTE 暴露對 LPS 處理動物的影響似乎顯示神經元興奮性降低。首先，與假手術組（Sham-LPS）動物相比，BF 組的整體反應強度和反應次數顯著降低（圖 4b、c，非配對 t 檢驗，p = 0.0017；以及 p = 0.0445）。同樣，對交流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，但此影響不顯著（圖 4i，p = 0.0745）。 LTE 暴露對 LPS 處理動物的反應持續時間、調諧頻寬和反應潛伏期沒有影響（圖 4d-f），顯示 LTE 暴露對 LPS 處理動物的頻率選擇性和起始反應的精確性沒有影響。
接下來，我們評估了純音皮質聽閾是否受LTE暴露的影響。根據每次記錄獲得的頻率響應面積（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處理組大鼠1.1至36 kHz的平均（±標準誤）聽閾。比較假手術組和暴露組的聽閾發現，與假手術組相比，暴露組動物的聽閾顯著升高（圖4j），這種效應在低頻和中頻更為明顯。更具體地說，在低頻（< 2.25 kHz）下，高閾值A1神經元的比例增加，而低閾值和中閾值神經元的比例減少（卡方= 43.85；p < 0.0001；圖4k，左圖）。在中頻（2.25 < Freq(kHz) < 11）也觀察到了相同的效應：與未暴露組相比，暴露組皮質記錄中具有中等閾值的神經元比例更高，而具有低閾值的神經元比例更低（卡方值 = 71.17；p < 0.001；圖 4k，中間圖）。高頻神經元（≥ 11 kHz）的閾值也存在顯著差異（p = 0.0059）；低閾值神經元的比例下降，而中高閾值神經元的比例上升（卡方值 = 10.853；p = 0.04；圖 4k，右圖）。
圖 5a 顯示了健康動物中假手術組和暴露組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，這兩個分佈相似（卡方檢定，p = 0.157），表明兩組之間的比較不存在抽樣偏差。
LTE暴露對健康動物皮質反應量化參數的影響。 (a) LTE暴露組（深藍色）和假暴露組（淺藍色）健康動物皮質神經元中BF分佈。兩組分佈無差異。 (bf) LTE暴露對量化頻譜時間感受野(STRF)參數的影響。 STRF和最佳頻率範圍內的反應強度並無顯著變化(b,c)。反應持續時間略有增加(d)，但反應頻寬和頻寬無變化(e,f)。對發聲的反應強度和時間信度均無變化(g,h)。自發活動無顯著變化(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，LTE暴露組大鼠的閾值與假暴露組大鼠相比無顯著變化，但暴露組動物的高頻閾值略低。
圖 5b-f 顯示了箱線圖，代表了從兩組 STRF 中提取的參數的分佈和平均值（紅線）。在健康動物中，LTE 暴露本身對 STRF 參數的平均值影響甚微。與假手術組（暴露組為淺藍色箱型圖，深藍色箱型圖為深藍色箱型圖）相比，LTE 暴露既沒有改變總反應強度，也沒有改變 BF 反應（圖 5b、c；非配對 t 檢驗，p 值分別為 0.2176 和 0.8696）。頻譜頻寬和潛伏期也沒有變化（p 值分別為 0.6764 和 0.7129），但反應持續時間顯著增加（p = 0.047）。發聲反應強度（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 5c，p = 0.3412）也沒有改變。 5).5i；p = 0.3256）。
圖 5j 顯示了健康大鼠在 1.1 至 36 kHz 頻率範圍內的平均閾值（± 標準誤）。除暴露組大鼠在高頻（11–36 kHz）的閾值略低外（非配對 t 檢驗，p = 0.0083），假手術組和暴露組大鼠之間未顯示出顯著差異。這一結果反映了暴露組大鼠在該頻率範圍內（卡方 = 18.312，p = 0.001；圖 5k）低閾值和中閾值神經元的數量略多（而高閾值神經元的數量較少）。
總之，當健康動物暴露於LTE時，其對純音和複雜聲音（如發聲）的反應強度並未受到影響。此外，在健康動物中，暴露組和假手術組的皮質聽覺閾值相似；而在LPS處理的動物中，LTE暴露導致皮質聽覺閾值顯著升高，尤其是在低頻和中頻範圍內。
我們的研究表明，在經歷急性神經發炎的成年雄性大鼠中，暴露於局部SARACx強度為0.5 W/kg的LTE-1800 MHz（見方法部分）會導致初級記錄中聲音誘發反應的強度顯著降低。這些神經元活動的變化並未伴隨小膠質細胞突起覆蓋空間範圍的明顯改變。在健康大鼠中未觀察到LTE對皮質誘發反應強度的這種影響。考慮到LTE暴露組和假暴露組動物記錄單元的最佳頻率分佈相似，神經元反應性的差異可歸因於LTE訊號的生物效應，而非取樣偏差（圖4a）。此外，LTE暴露組大鼠的反應潛伏期和頻譜調諧頻寬未發生變化，這表明這些記錄很可能取自位於初級聽覺皮層（ACx）而非次級皮層的同一皮層層級。
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，先前研究已證實GSM-1800 MHz或1800 MHz連續波(CW)能夠改變神經元興奮性，但不同實驗方法的結果有顯著差異。在SAR值為8.2 W/kg的條件下暴露於1800 MHz CW後不久，蝸牛神經節的記錄顯示動作電位觸發閾值降低，神經元活動也受到調節。另一方面，在SAR值為4.6 W/kg的條件下，暴露於GSM-1800 MHz或1800 MHz CW 15分鐘後，大鼠腦原代神經元培養物的放電和爆發活動均降低。這種抑製作用在暴露後30分鐘內僅部分可逆。在SAR值為9.2 W/kg時，神經元完全沉默。劑量反應分析顯示： GSM-1800 MHz 比 1800 MHz CW 更能有效抑制爆發活動，這表明神經元反應依賴射頻訊號調製。
在我們的實驗設定中，在2小時頭部暴露結束後3至6小時，採集了體內皮質誘發反應。在先前的研究中，我們探討了1.55 W/kg SARACx 的GSM-1800 MHz輻射對健康大鼠聲音誘發皮質反應的影響，發現其無顯著影響。在本研究中，0.5 W/kg SARACx 的LTE-1800輻射對健康大鼠的唯一顯著影響是純音刺激後反應持續時間的輕微延長。這種效應難以解釋，因為它並未伴隨反應強度的增加，這表明反應持續時間的延長是在皮層神經元發出的動作電位總數相同的情況下發生的。一種解釋可能是LTE輻射可能降低了某些抑制性中間神經元的活性，因為已有文獻記載，在初級聽覺皮層（ACx）中，前饋抑制控制著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LPS誘發神經發炎的大鼠中，LTE暴露對聲音誘發的神經元放電持續時間沒有影響，但對誘發反應的強度產生了顯著影響。事實上，與LPS假手術組大鼠記錄到的神經元反應相比，LPS處理組大鼠暴露於LTE後，其神經元反應強度降低，這種效應在純音和自然發聲刺激下均有觀察到。純音反應強度的降低並未導致75 dB頻譜調諧頻寬的變窄，並且由於這種降低發生在所有聲音強度下，因此導致皮質神經元在低頻和中頻的聲閾值升高。
誘發反應強度的降低表明，在LPS處理的動物中，0.5 W/kg SARACx強度的LTE訊號與三倍於此強度（1.55 W/kg）的GSM-1800 MHz訊號相似²⁸。與GSM訊號類似，頭部暴露於LTE-1800 MHz可能降低LPS誘導的神經發炎大鼠ACx神經元的興奮性。與此假設一致，我們也觀察到神經元對發聲的反應的試驗可靠性降低的趨勢（圖4h）和自發性活動減少的趨勢（圖4i）。然而，在體內很難確定LTE訊號是降低神經元的內在興奮性還是減少突觸輸入，進而控制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 後皮質細胞的固有興奮性降低所致。支持這一觀點的是，當 GSM-1800 MHz 和 1800 MHz-CW 分別以 3.2 W/kg 和 4.6 W/kg 的 SAR 值直接應用於大鼠皮層神經元原代培養物時，均能降低爆發活動，但需要達到一定的 SAR 閾值才能顯著降低爆發活動。為了進一步佐證固有興奮性降低的觀點，我們也觀察到，暴露組動物的自發性放電頻率低於假暴露組動物。
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，頻譜調諧的寬度並非完全由傳入的丘腦投射決定，皮質內連接也為皮質區域提供了額外的頻譜輸入^39,40。在我們的實驗中，暴露組和假暴露組動物的皮質STRF頻寬相似，這一事實間接表明LTE暴露的影響並非皮質皮質連接性的影響。這也表明，在SAR暴露下，其他皮質區域（圖2）的連接性高於ACx，可能並非導致本文報導的反應改變的原因。
在此，與 LPS 假暴露動物相比，LPS 暴露的皮質記錄中高閾值的比例更高。鑑於有研究提出皮質聽覺閾值主要受丘腦皮質突觸強度的控制39,40，可以推測，暴露於 LPS 會部分降低丘腦皮質傳遞，這種降低可能發生在突觸前水平（谷氨酸釋放減少）或突觸後水平（受體數量或親和力減少）。
與GSM-1800 MHz的作用類似，LTE誘導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。現有證據表明，小膠質細胞對正常和病理腦中的神經元網路活動有顯著影響^41,42,43。它們調節神經傳導物質傳遞的能力不僅取決於其產生的可能抑製或限制神經傳導物質傳遞的化合物，還取決於其細胞突起的高遷移能力。在大腦皮質中，神經元網路活動的增強和減弱都會因為小膠質細胞突起的生長而引發小膠質細胞空間範圍的快速擴張^44,45。特別是，小膠質細胞突起會被募集到活化的丘腦皮質突觸附近，並透過涉及小膠質細胞介導的局部腺苷產生的機制抑制興奮性突觸的活性。
在接受LPS處理的大鼠中，以1.55 W/kg的功率密度（SARACx）暴露於1800 MHz GSM輻射下，ACx神經元的活性降低，同時小膠質細胞突起生長，表現為ACx28區域中Iba1染色區域顯著增加。這項觀察結果表明，GSM暴露引發的小膠質細胞重塑可能積極導致GSM誘導的聲音誘發神經元反應減弱。然而，我們目前的研究在以0.5 W/kg功率密度（SARACx）暴露於LTE輻射下，並未觀察到小膠質細胞突起覆蓋空間範圍的增加，因此與上述假設相悖。但這並不排除LTE訊號對LPS活化的小膠質細胞的影響，而小膠質細胞可能反過來影響神經元活性。需要進一步的研究來解答這個問題，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先前尚未被研究。我們先前的研究^26,28和本研究表明，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神經元反應的功能改變，表現為聽閾升高。至少有兩個主要原因表明，耳蝸功能不應受到我們LTE暴露的影響。首先，如圖2所示的劑量學研究表明，SAR最高值（接近1 W/kg）位於背內側皮質（天線下方），並隨著向外側和腹側移動而顯著降低。在大鼠耳廓濃度（耳道下方）估計約為0.1 W/kg。其次，當豚鼠耳朵在GSM 900 MHz下暴露2個月（每週5天，1在 SAR 為 1 至 4 W/kg 的條件下，每天暴露 1 小時，未檢測到畸變產物耳聲發射閾值和聽覺腦幹反應的幅度變化⁴⁷。此外，在局部 SAR 為 2 W/kg 的頻段不會影響健康大鼠的耳蝸外毛細胞功能^48,49。
在本研究中，我們觀察到，在暴露結束後3至6小時內，活體神經元放電模式發生了LTE觸發的變化。在先前關於背內側皮質的研究中，GSM-1800 MHz在暴露後24小時觀察到的幾種效應，在暴露後72小時已無法檢測到。這些效應包括小膠質細胞突起的擴張、IL-1β基因的下調以及AMPA受體的翻譯後修飾。考慮到聽覺皮質的SAR值（0.5W/kg）低於背內側區域（2.94W/kg²⁶），本文所報告的神經元活動變化似乎是短暫的。
我們的數據應考慮符合規定的 SAR 限值以及對手機使用者大腦皮質實際 SAR 值的估計。目前用於保護公眾的標準規定，對於頭部或軀幹局部暴露於 100 kHz 和 6 GHz 射頻範圍內的射頻輻射，SAR 限值為 2 W/kg。
為了確定在一般頭部通訊或手機通訊過程中頭部不同組織對射頻功率的吸收情況，研究人員使用不同的頭部模型進行了劑量模擬。除了頭部模型的多樣性之外，這些模擬還突顯了基於解剖學或組織學參數（例如顱骨的外部或內部形狀、厚度或含水量）估算大腦吸收能量時存在的顯著差異或不確定性。不同的頭部組織會因年齡、性別或個體差異而有很大差異^56,57,58。此外，手機的特性，例如天線的內部位置以及手機相對於使用者頭部的位置，會強烈影響大腦皮質中SAR值的水平和分佈^59,60。然而，考慮到已報告的基於發射1800 MHz頻段射頻的手機模型建立的人類大腦皮層SAR分佈^58,59,60，人類聽覺皮層中實際達到的SAR水平似乎仍然被低估了。人類大腦皮質的SAR值。我們的研究（SARAC x 0.5 W/kg）。因此，我們的數據並未對目前適用於公眾的SAR值限值提出挑戰。
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訊號效應的描述一致，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。急性神經發炎會使神經元對LTE-1800 MHz更加敏感，進而導致皮質對聽覺刺激的處理改變。
本研究從Janvier實驗室獲得的31隻成年雄性Wistar大鼠中採集了55日齡大鼠的大腦皮質數據。大鼠飼養於濕度（50-55%）和溫度（22-24℃）可控制的設施中，光照/黑暗週期為12小時/12小時（上午7:30開燈），並可自由取得食物和水。所有實驗均按照歐盟理事會指令（2010/63/EU）制定的指南進行，該指南與神經科學學會《神經科學研究中動物使用指南》中所述的指南類似。本實驗方案已獲得巴黎南區和中心倫理委員會（CEEA編號59，項目編號2014-25，國家方案編號03729.02）的批准，並採用了該委員會驗證的程序（32-2011和34-2012）。
在進行 LPS 處理和暴露（或假暴露）LTE-EMF 之前，動物已在飼養室中適應至少 1 週。
在 LTE 或假暴露前 24 小時，腹腔注射 22 隻大鼠 (ip) 大腸桿菌 LPS (250 µg/kg，血清型 0127:B8，SIGMA)，以無菌無內毒素等滲鹽水稀釋（每組 n）。 = 11）。在2月齡Wistar雄性大鼠中，LPS處理可誘導神經發炎反應，表現為大腦皮質中多種促發炎基因（腫瘤壞死因子-α、白血球介素1β、CCL2、NOX2、NOS2）在LPS注射後24小時表達上調，其中編碼NOX2酶和白血球介素1β的轉錄本水準分別增加了4倍和12倍。在24小時時間點，皮層小膠質細胞呈現LPS觸發的促發炎細胞活化所預期的典型「緻密」細胞形態（圖1），這與其他LPS觸發的活化情況形成對比。細胞促發炎活化與24, 61相對應。
使用先前用於評估GSM電磁場效應的實驗裝置²⁶，對動物頭部進行LTE電磁場暴露實驗。 LTE暴露實驗在LPS注射後24小時進行（11隻動物），或未進行LPS處理（5隻動物）。暴露前，動物使用氯胺酮/賽拉嗪（氯胺酮80 mg/kg，腹腔注射；賽拉嗪10 mg/kg，腹腔注射）進行輕度麻醉，以防止動物移動並確保動物頭部位於發射LTE訊號的環形天線內（位置可重複，見下文）。同一籠子中的一半大鼠作為對照組（22只預先註射LPS的大鼠中，11只為假暴露組）：將它們放置在環形天線下方，並將LTE訊號能量設為零。暴露組和假暴露組動物的體重相似（p = 0.558，非配對t檢驗，無統計意義）。所有麻醉動物均放置在無金屬加熱墊上以維持其體溫。實驗過程中，動物體溫維持在37°C左右。與先前的實驗一樣，暴露時間設定為2小時。暴露結束後，將動物置於手術室的另一個加熱墊上。對10隻健康大鼠（未接受LPS處理）也採用了相同的暴露程序，其中一半大鼠來自同一籠子，接受假暴露處理（p = 0.694）。
此暴露系統與先前研究中描述的系統25、62類似，只是將射頻產生器替換為產生LTE電磁場而非GSM電磁場。簡而言之，一台發射LTE-1800 MHz電磁場的射頻產生器（SMBV100A，3.2 GHz，德國羅德與施瓦茨公司）連接到功率放大器（ZHL-4W-422+，美國Mini-Circuits公司）、環形器（D3 1719-N，法國雙音，公司） dB，法國Sodhy公司）和四路功率分配器（DC D 0922-4N，法國Sodhy公司），因此可以同時暴露四隻動物。連接到雙向耦合器的功率計（N1921A，美國安捷倫公司）可以連續測量和監測設備內的入射功率和反射功率。每個輸出端都連接到一個環形天線。 （Sama-Sistemi srl；羅馬），可使動物頭部部分暴露。環形天線由印刷電路構成，該電路在絕緣環氧樹脂基板上蝕刻兩條金屬線（介電常數εr = 4.6）。裝置一端為一根1毫米寬的導線，形成一個靠近動物頭部的環。與先前的研究^26,62類似，本研究使用數值大鼠模型和時域有限差分法（FDTD）^63,64,65對比吸收率（SAR）進行了數值測定。此外，還使用Luxtron探頭測量溫度升高，在均質大鼠模型中進行了實驗測定。 SAR（單位為W/kg）的計算公式為：SAR = C ΔT/Δt，其中C為比熱容（單位為J/(kg·K)），ΔT為溫度變化（單位為°K），Δt為時間（單位為秒）。將數值測定的SAR值與使用均質模型獲得的實驗SAR值進行了比較，尤其是在等效大鼠模型中。腦區。數值 SAR 測量值與實驗檢測到的 SAR 值之間的差異小於 30%。
圖 2a 顯示了大鼠模型中大鼠腦內的 SAR 分佈，其分佈與我們研究中使用的大鼠的體重和體型分佈相符。腦部平均 SAR 為 0.37 ± 0.23 W/kg（平均值 ± 標準差）。 SAR 值在環形天線正下方的皮質區域最高。 ACx 的局部 SAR (SARACx) 為 0.50 ± 0.08 W/kg（平均值 ± 標準差）（圖 2b）。由於暴露大鼠的體重均勻，且頭部組織厚度差異可忽略不計，因此預計不同暴露動物的 ACx 或其他皮質區域的實際 SAR 值將非常相似。
暴露結束後，對動物追加註射氯胺酮（20 mg/kg，腹腔注射）和賽拉嗪（4 mg/kg，腹腔注射），直到捏後爪後未觀察到反射動作。在顱骨上方的皮膚和顳肌皮下注射局部麻醉劑（2%利多卡因），並將動物置於無金屬加熱系統上。將動物固定於立體定位儀後，在左側顳葉皮質進行開顱手術。與我們先前的研究⁶⁶相同，從頂骨和顳骨的交界處開始，切口寬9 mm，高5 mm。在雙眼鏡引導下小心去除ACx上​​方的硬腦膜，避免損傷血管。手術結束後，用牙科丙烯酸樹脂製作一個底座，用於在記錄過程中非侵入性固定動物頭部。將支撐動物的立體定位儀置於隔音室（IAC，型號AC1）。
數據來自20隻大鼠初級聽覺皮質的多單元記錄，其中10隻大鼠預先接受了LPS處理。細胞外記錄採用由16個鎢電極（TDT，直徑：33 µm，電阻<1 MΩ）組成的陣列，該陣列由兩排各8個電極組成，電極間距為1000 µm（同一排電極間距為350 µm）。一條銀線（直徑：300 µm）用於接地，插入顳骨和對側硬腦膜之間。初級聽覺皮質（ACx）的估計位置在前囟後方4-7 mm，顳上縫腹側3 mm處。原始訊號經放大10,000倍（TDT Medusa）後，由多通道資料擷取系統（RX5，TDT）進行處理。從每個電極採集的訊號經過濾波（610–10,000 Hz）以提取多單元活動（MUA）。觸發訊號為了從訊號中選擇最大的動作電位，我們精心設定了每個電極的電平（由不知曉暴露或假暴露狀態的合作者進行設定）。對波形的線上和離線檢查表明，此處收集的多單元活動（MUA）由電極附近3至6個神經元產生的動作電位組成。在每次實驗開始時，我們設定電極陣列的位置，使得兩排共8個電極能夠對神經元進行取樣，從而在頭側方向進行實驗時，能夠擷取從低頻到高頻的響應。
聲音刺激在 Matlab 中生成，傳輸至基於 RP2.1 的聲音傳輸系統 (TDT)，並發送至 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，揚聲器在 140 Hz 至 36 kHz 範圍內產生平坦的頻譜（± 3 dB）。使用 Bruel & Kjaer 4133 麥克風錄製噪音和純音，麥克風連接至 B&K 2169 前級擴大機和 Marantz PMD671 數位錄音機，對揚聲器進行校準。使用 97 個伽瑪音響率（涵蓋 8 個倍頻程，即 0.14–36 kHz）測定頻譜時間感受野 (STRF)，這些頻率以 75 dB SPL 的聲壓級隨機呈現，頻率為 4.15 Hz。使用相同的音調集，以 2 Hz 的聲壓級隨機呈現，測定頻率響應面積 (FRA)。 75 至 5 分貝聲壓級。每個頻率在每個強度下重複出現八次。
我們也評估了對自然刺激的反應。在先前的研究中，我們觀察到，無論神經元的最佳頻率（BF）如何，大鼠的叫聲很少能在聽覺皮層（ACx）中引起強烈的反應，而異種移植特異性的（例如，鳴禽或豚鼠的叫聲）通常會激活整個音調圖。因此，我們測試了豚鼠對叫聲的皮質反應（在36號實驗中使用的哨聲與1秒的刺激相連，重複25次）。

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