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移动电话通信需求的不断增长导致了无线技术（G）的不断出现，这些技术可能对生物系统产生不同的影响。为了测试这一点，我们让大鼠单头暴露于4G长期演进（LTE）-1800MHz电磁场（EMF）2小时。然后我们评估了脂多糖诱导的急性神经炎症对小胶质细胞空间覆盖和初级听觉皮层（ACx）中电生理神经元活动的影响。ACx中的平均SAR为0.5W / kg。多单元记录显示，LTE-EMF会降低对纯音和自然发声的反应强度，同时增加对低频和中频的声学阈值。Iba1免疫组织化学显示小胶质细胞体和过程覆盖的区域没有变化。在健康大鼠中，相同的LTE暴露不会引起反应强度和声学阈值的变化。我们的数据表明急性神经炎症使神经元对 LTE-EMF 的反应，导致 ACx 对声音刺激的处理发生改变。
过去三十年来，由于无线通信的不断扩展，人类的电磁环境发生了巨大变化。目前，超过三分之二的人口被视为手机（MP）用户。这项技术的大规模普及引发了人们对射频（RF）范围内脉冲电磁场​​（EMF）潜在危险影响的担忧和争论，这些电磁场由MP或基站发射并对通信进行编码。这个公共卫生问题促使了许多致力于研究射频吸收在生物组织中影响的实验研究1。其中一些研究寻找神经网络活动和认知过程的变化，因为在广泛使用MP的情况下，大脑与射频源的接近程度。许多已报道的研究解决了第二代（2G）全球移动通信系统（GSM）或宽带码分多址（WCDMA）/第三代通用移动电信系统（WCDMA / 3G UMTS）中使用的脉冲调制信号的影响2,3,4,5。对于第四代（4G）移动服务中使用的射频信号的影响知之甚少，它依赖于一种称为长期演进 (LTE) 技术的全数字互联网协议技术。LTE 手机服务于 2011 年推出，预计到 2022 年 1 月全球 LTE 用户数将达到 66 亿 (GSMA：//gsacom.com)。与基于单载波调制方案的 GSM (2G) 和 WCDMA (3G) 系统相比，LTE 使用正交频分复用 (OFDM) 作为基本信号格式6。在全球范围内，LTE 移动服务使用 450 至 3700 MHz 之间的一系列不同频段，包括 GSM 中也使用的 900 和 1800 MHz 频段。
射频暴露对生物过程的影响能力很大程度上取决于以瓦/千克为单位的特定吸收率 (SAR)，该值用于测量生物组织吸收的能量。最近，研究人员在健康人类志愿者中研究了头部急性暴露于 2.573 GHz LTE 信号 30 分钟对整体神经网络活动的影响。使用静息态 fMRI 观察到 LTE 暴露可引起自发的慢频率波动和区域内或区域间连接的改变，而根据主题 7、8、9，估计 10 克组织的平均空间峰值 SAR 水平在 0.42 到 1.52 瓦/千克之间变化。在类似暴露条件下（30 分钟持续时间，使用代表性人体头部模型估计的峰值 SAR 水平为 1.34 瓦/千克）的脑电图分析表明，alpha 和 beta 波段的频谱功率和半球相干性降低。然而，另外两项基于脑电图分析的研究发现，20 或 30 分钟的 LTE 头部暴露，最大局部SAR 水平设定在 2 W/kg 左右，要么没有可检测到的效果11，要么导致 alpha 波段的光谱功率下降，而使用 Stroop 测试 12 评估的功能中认知并没有发生变化。在专门研究 GSM 或 UMTS EMF 暴露影响的 EEG 或认知研究结果中也发现了显著差异。这些差异被认为是由于方法设计和实验参数的变化引起的，包括信号类型和调制、暴露强度和持续时间，或由于人类受试者在年龄、解剖学或性别方面的异质性。
到目前为止，很少有动物研究用于确定 LTE 信号暴露如何影响大脑功能。最近有报道称，从胚胎晚期到断奶，对发育中的小鼠进行全身暴露（30 分钟/天，5 天/周，平均全身 SAR 为 0.5 或 1 W/kg）会导致成年期运动和食欲行为发生改变 14。对成年大鼠进行反复全身暴露（2 公顷/天，持续 6 周）发现会诱发氧化应激并降低从视神经获得的视觉诱发电位的幅度，最大 SAR 估计低至 10 mW/kg15。
除了在细胞和分子水平等多个尺度上进行分析外，啮齿动物模型还可用于研究射频暴露在疾病过程中的影响，例如之前研究的GSM或WCDMA/3G UMTS电磁场在急性神经炎症中的应用。研究表明，射频暴露还可能影响癫痫、神经退行性疾病或神经胶质瘤的治疗效果 16,17,18,19,20。
注射脂多糖 (LPS) 的啮齿动物是与病毒或细菌引起的良性传染病相关的急性神经炎症反应的经典临床前模型，每年都会影响大多数人群。这种炎症状态会导致可逆性疾病和抑郁行为综合征，其特征是发烧、食欲不振和社交互动减少。中枢神经系统驻留吞噬细胞如小胶质细胞是这种神经炎症反应的关键效应细胞。用 LPS 治疗啮齿动物会触发小胶质细胞的激活，其特征是其形状和细胞过程的重塑以及转录组谱的深刻变化，包括编码促炎细胞因子或酶的基因的上调，从而影响神经元网络活动 22、23、24。
研究了 LPS 治疗大鼠头部单次 2 小时暴露于 GSM-1800 MHz EMF 的影响，我们发现 GSM 信号会触发大脑皮层的细胞反应，影响基因表达、谷氨酸受体磷酸化、神经元 Meta 诱发的放电和大脑皮层小胶质细胞的形态。在接受相同 GSM 暴露的健康大鼠中未检测到这些影响，这表明 LPS 触发的神经炎症状态使中枢神经系统细胞对 GSM 信号敏感。关注 LPS 治疗大鼠的听觉皮层 (ACx)，其中局部 SAR 平均为 1.55 W/kg，我们观察到 GSM 暴露导致小胶质细胞过程的长度或分支增加，纯音和自然刺激 28 引起的神经元反应减少。
在当前的研究中，我们的目的是检查仅头部暴露于 LTE-1800 MHz 信号是否也会改变 ACx 中的小胶质细胞形态和神经元活动，从而将暴露功率降低三分之二。我们在此表明​​，LTE 信号对小胶质细胞过程没有影响，但仍引发了 LPS 治疗大鼠 ACx 中声音诱发皮质活动的显著减少，SAR 值为 0.5 W/kg。
鉴于先前的证据表明，在促炎条件下暴露于 GSM-1800 MHz 会改变小胶质细胞的形态，我们研究了暴露于 LTE 信号后这种影响。
成年大鼠在头部假暴露或 LTE-1800 MHz 暴露前 24 小时注射 LPS。暴露后，大脑皮层中建立了 LPS 触发的神经炎症反应，如促炎基因的上调和皮质小胶质细胞形态的变化所示（图 1）。LTE 头部暴露的功率设置为在 ACx 中获得 0.5 W/kg 的平均 SAR 水平（图 2）。为了确定 LPS 激活的小胶质细胞是否对 LTE EMF 有反应，我们分析了用抗 Iba1 染色的皮质切片，这些切片选择性地标记了这些细胞。如图 3a 所示，在假暴露或 LTE 暴露后 3 至 4 小时固定的 ACx 切片中，小胶质细胞看起来非常相似，显示出由 LPS 促炎处理引起的“致密样”细胞形态（图 1）。与没有形态反应一致，定量图像分析显示在总面积上没有显着差异（非配对 t 检验，p = 0.308）或面积（p = 0.196）和密度（p = 0.061）比较 LTE 大鼠和假暴露动物暴露于 Iba 1 染色的细胞体的情况（图 3b-d）。
腹膜内注射 LPS 对皮质小胶质细胞形态的影响。腹膜内注射 LPS 或载体（对照）24 小时后，大脑皮层（背内侧区域）冠状切面中的小胶质细胞代表性视图。细胞用抗 Iba1 抗体染色，如前所述。LPS 促炎治疗导致小胶质细胞形态发生变化，包括近端增厚和细胞突起的短次级分支增加，从而呈现“致密状”外观。比例尺：20 µm。
对大鼠脑部暴露于 1800 MHz LTE 期间的特定吸收率 (SAR) 进行剂量分析。先前描述的幻影大鼠和环形天线 62 的异构模型用于评估大脑中的局部 SAR，具有 0.5 mm3 立方网格。 (a) 暴露设置中的大鼠模型的整体视图，头部上方有一个环形天线，身体下方有一个金属导热垫（黄色）。 (b) 成人大脑中 SAR 值的分布，空间分辨率为 0.5 mm3。矢状切面中黑色轮廓划定的区域对应于初级听觉皮层，在这里分析小胶质细胞和神经元活动。SAR 值的颜色编码比例适用于图中所显示的所有数值模拟。
LTE 或 Sham 暴露后，大鼠听觉皮层中注射 LPS 的小胶质细胞。（a）在 Sham 或 LTE 暴露（暴露）3 至 4 小时后，在 LPS 灌注的大鼠听觉皮层的冠状切片中，用抗 Iba1 抗体染色的小胶质细胞的代表性堆叠视图。比例尺：20 µm。（bd）假手术（空心点）或 LTE 暴露（暴露，黑点）后 3 至 4 小时的小胶质细胞形态测量评估。（b，c）小胶质细胞标志物 Iba1 的空间覆盖率 (b) 和 Iba1 阳性细胞体的面积 (c)。数据表示抗 Iba1 染色面积标准化为 Sham 暴露动物的平均值。（d）抗 Iba1 染色的小胶质细胞体计数。Sham（n = 5）和 LTE（n = 6）动物之间的差异并不显着（p > 0.05，非配对 t 检验）。箱体的顶部和底部，上线和下线分别代表25-75百分位数和5-95百分位数。平均值在箱体中以红色标记。
表 1 总结了四组大鼠（Sham、Exposed、Sham-LPS、Exposed-LPS）初级听觉皮层中获得的动物数量和多单元记录。在下面的结果中，我们包括所有表现出显著频谱时间感受野（STRF）的记录，即音调诱发反应至少比自发发放率高 6 个标准差（见表 1）。应用此标准，我们为 Sham 组选择了 266 条记录，为 Exposed 组选择了 273 条记录，为 Sham-LPS 组选择了 299 条记录，为 Exposed-LPS 组选择了 295 条记录。
在以下段落中，我们将首先描述从谱-时间感受野（即对纯音的响应）和对异种特定发声的响应中提取的参数。然后，我们将描述每组获得的频率响应区域的量化。考虑到实验设计中存在“嵌套数据”30，所有统计分析均基于电极阵列中的位置数（表1的最后一行），但下文描述的所有效应也基于每组的位置数。收集的多单元记录总数（表1的第三行）。
图 4a 显示了在接受 LPS 处理的 Sham 和暴露动物中获得的皮质神经元的最佳频率分布（BF，在 75 dB SPL 下引起最大响应）。两组中 BF 的频率范围从 1 kHz 扩展到 36 kHz。统计分析表明，这些分布相似（卡方，p = 0.278），这表明可以在没有抽样偏差的情况下对两组进行比较。
LTE暴露对LPS处理动物皮质反应量化参数的影响。（a）暴露于LTE（黑色）和假暴露于LTE（白色）的LPS处理动物的皮质神经元中的BF分布。两种分布之间没有差异。（bf）LTE暴露对量化光谱时间感受野（STRF）参数的影响。在STRF（总反应强度）和最佳频率（b，c）上，反应强度均显着降低（* p <0.05，非配对t检验）。反应持续时间，反应带宽和带宽常数（df）。对发声反应的强度和时间可靠性均降低（g，h）。自发活动没有显着减少（i）。（* p <0.05，非配对t检验）。（j，k）LTE暴露对皮质阈值的影响。与假暴露大鼠相比，LTE暴露大鼠的平均阈值显着更高。这种影响更为明显在低频和中频。
图 4b-f 显示了从这些动物的 STRF 得出的参数分布（红线表示平均值）。LTE 暴露对 LPS 治疗动物的影响似乎表明神经元兴奋性降低。首先，与 Sham-LPS 动物相比，BF 中的整体反应强度和反应显着降低（图 4b、c 非配对 t 检验，p = 0.0017；和 p = 0.0445）。同样，对通信声音的反应强度和试验间可靠性均降低（图 4g、h；非配对 t 检验，p = 0.043）。自发活动减少，但这种影响并不显着（图 4i；p = 0.0745）。反应持续时间、调谐带宽和反应延迟不受 LPS 治疗动物的 LTE 暴露影响（图 4d-f），表明频率选择性和起始反应的精确度不受 LPS 治疗动物的 LTE 暴露影响。
接下来我们评估纯音皮质阈值是否因 LTE 暴露而改变。从每次记录获得的频率响应区域 (FRA)，我们确定了每个频率的听觉阈值，并对两组动物的这些阈值取平均值。图 4j 显示了 LPS 治疗大鼠从 1.1 到 36 kHz 的平均 (± sem) 阈值。比较 Sham 组和 Exposed 组的听觉阈值，结果显示与 Sham 组动物相比，暴露组动物的阈值显著增加 (图 4j)，这种影响在低频和中频更为明显。更准确地说，在低频 (< 2.25 kHz)，高阈值的 A1 神经元比例增加，而低阈值和中阈值神经元比例下降 (卡方= 43.85; p < 0.0001; 图 4k，左图)。在中频（2.25 < 频率（kHz）< 11）也观察到了同样的效果：与未暴露组相比，中等阈值的皮质记录比例较高，低阈值神经元比例较低（卡方= 71.17；p < 0.001；图 4k，中间面板）。高频神经元（≥ 11 kHz，p = 0.0059）的阈值也有显著差异；低阈值神经元比例降低，中高阈值神经元比例增加（卡方= 10.853；p = 0.04 图 4k，右面板）。
图 5a 显示了在健康动物中假手术组和暴露组获得的皮质神经元的最佳频率分布（BF，在 75 dB SPL 下引起最大响应）。统计分析表明，两个分布相似（卡方，p = 0.157），这表明可以在没有抽样偏差的情况下对两组进行比较。
LTE 暴露对健康动物皮质反应量化参数的影响。（a）暴露于 LTE（深蓝色）和假暴露于 LTE（浅蓝色）的健康动物皮质神经元中的 BF 分布。两种分布之间没有差异。（bf）LTE 暴露对量化光谱时间感受野 (STRF) 参数的影响。在 STRF 和最佳频率上，响应强度没有显着变化（b，c）。响应持续时间略有增加（d），但响应带宽和带宽没有变化（e，f）。对发声反应的强度和时间可靠性均未改变（g，h）。自发活动没有显着变化（i）。（* p < 0.05 非配对 t 检验）。（j，k）LTE 暴露对皮质阈值的影响。平均而言，与假暴露大鼠相比，LTE 暴露大鼠的阈值没有显着变化，但暴露动物的高频阈值略低。
图 5b-f 显示了表示来自两组 STRF 的参数分布和平均值（红线）的箱线图。在健康动物中，LTE 暴露本身对 STRF 参数的平均值影响很小。与 Sham 组（暴露组的浅蓝色框与深蓝色框）相比，LTE 暴露既没有改变总响应强度，也没有改变 BF 的响应（图 5b、c；非配对 t 检验，分别为 p = 0.2176 和 p = 0.8696）。对光谱带宽和延迟也没有影响（分别为 p = 0.6764 和 p = 0.7129），但响应持续时间显着增加（p = 0.047）。对发声反应的强度（图 5g，p = 0.4375）、这些反应的试验间可靠性（图 5h，p = 0.3412）和自发活动（图）也没有影响。 5).5i；p=0.3256）。
图 5j 显示了健康大鼠在 1.1 至 36 kHz 范围内的平均（± sem）阈值。假手术大鼠和暴露大鼠之间没有显示出显着差异，除了暴露动物在高频率（11-36 kHz）下的阈值略低（非配对 t 检验，p = 0.0083）。这种效应反映了这样一个事实，即在暴露的动物中，在这个频率范围内（卡方= 18.312，p = 0.001；图 5k），低阈值和中阈值的神经元略多（而高阈值的神经元较少）。
综上所述，当健康动物暴露于 LTE 时，对纯音和复杂声音（如发声）的反应强度没有影响。此外，在健康动物中，暴露于 LTE 的动物和接受假手术的动物的皮质听觉阈值相似，而在接受 LPS 治疗的动物中，LTE 暴露导致皮质阈值大幅增加，尤其是在低频和中频范围内。
我们的研究表明，对于经历急性神经炎症的成年雄性大鼠，暴露于局部 SARACx 为 0.5 W/kg 的 LTE-1800 MHz（参见方法）会导致通信原始记录中声音诱发反应强度显著降低。这些神经元活动的变化发生时，小胶质细胞过程覆盖的空间域范围没有任何明显变化。在健康大鼠中没有观察到 LTE 对皮质诱发反应强度的这种影响。考虑到 LTE 暴露和假暴露动物的记录单元之间最佳频率分布的相似性，神经元反应性的差异可以归因于 LTE 信号的生物学效应，而不是采样偏差（图 4a）。此外，LTE 暴露大鼠的反应潜伏期和频谱调谐带宽没有变化表明，这些记录很可能是从相同的皮质层采样的，这些层位于主要 ACx 而不是次要区域。
据我们所知，LTE信号对神经元反应的影响此前尚未见报道。然而，先前的研究已经证明GSM-1800MHz或1800MHz连续波（CW）能够改变神经元的兴奋性，尽管根据实验方法的不同存在显著差异。在暴露于SAR水平为8.2W/Kg的1800MHz CW后不久，来自蜗牛神经节的记录显示触发动作电位和神经元调节的阈值降低。另一方面，在4.6W/kg的SAR下，暴露于GSM-1800MHz或1800MHz CW 15分钟后，源自大鼠脑的原代神经元培养物的尖峰和爆发活动减少。这种抑制在暴露后30分钟内仅部分可逆。在SAR为9.2W/kg时，神经元完全沉默。剂量反应分析表明GSM-1800 MHz 在抑制突发活动方面比 1800 MHz CW 更有效，这表明神经元反应依赖于射频信号调制。
在我们的设置中，在 2 小时头部暴露结束后 3 至 6 小时在体内收集皮质诱发反应。在之前的研究中，我们研究了 GSM-1800 MHz 在 1.55 W/kg SARACx 下的影响，发现对健康大鼠的声音诱发皮质反应没有显着影响。在这里，在健康大鼠中，以 0.5 W/kg SARACx 暴露于 LTE-1800 引起的唯一显着影响是在呈现纯音时反应持续时间略有增加。这种影响很难解释，因为它没有伴随反应强度的增加，这表明这种较长的反应持续时间发生在皮质神经元激发的动作电位总数相同的情况下。一种解释可能是 LTE 暴露可能会降低某些抑制性中间神经元的活动，因为已经证明在初级 ACx 中，前馈抑制控制由兴奋性丘脑输入触发的锥体细胞反应的持续时间33,34,35 36，37。
相反，在受到 LPS 触发的神经炎症的大鼠中，LTE 暴露对声音诱发的神经元放电持续时间没有影响，但对诱发反应强度有显著影响。事实上，与接受 LPS 假暴露的大鼠记录的神经元反应相比，接受 LTE 的 LPS 治疗的大鼠的神经元反应强度降低，在呈现纯音和自然发声时均观察到了这种效果。对纯音的反应强度降低发生在 75 dB 的频谱调谐带宽没有变窄的情况下，并且由于它发生在所有声音强度下，它导致低频和中频皮质神经元的声学阈值增加。
诱发反应强度的降低表明，在接受 LPS 治疗的动物中，0.5 W/kg SARACx 下 LTE 信号的效果与施加三倍高 SARACx（1.55 W/kg）的 GSM-1800 MHz 的效果相似 28。至于 GSM 信号，头部暴露于 LTE-1800 MHz 可能会降低受到 LPS 触发的神经炎症的大鼠 ACx 神经元的神经元兴奋性。根据这一假设，我们还观察到神经元对发声反应的试验可靠性下降的趋势（图 4h）和自发活动减少（图 4i）。然而，很难在体内确定 LTE 信号是否降低神经元内在兴奋性或减少突触输入，从而控制 ACx 中的神经元反应。
首先，这些较弱的反应可能是由于暴露于 LTE 1800 MHz 后皮质细胞的内在兴奋性降低所致。支持这一想法的是，当 GSM-1800 MHz 和 1800 MHz-CW 分别以 3.2 W/kg 和 4.6 W/kg 的 SAR 水平直接应用于皮质大鼠神经元原代培养物时，会降低爆发活动，但需要阈值 SAR 水平才能显着降低爆发活动。主张降低内在兴奋性，我们还观察到暴露动物的自发放电率低于假暴露动物。
其次，LTE 暴露还可能影响丘脑皮质或皮质-皮质突触的突触传递。大量记录表明，在听觉皮质中，频谱调谐的宽度不仅仅由传入丘脑投射决定，而且皮质内连接会为皮质部位提供额外的频谱输入39,40。在我们的实验中，皮质 STRF 在暴露和假暴露动物中显示出相似的带宽，这一事实间接表明 LTE 暴露的影响不会影响皮质-皮质连接。这也表明，在 SAR 下暴露的其他皮质区域的连接性高于在 ACx 下测量的（图 2）可能不是导致此处报告的反应改变的原因。
在这里，与接受 LPS 假暴露的动物相比，接受 LPS 暴露的皮质记录中有很大一部分显示出较高的阈值。鉴于有人提出皮质声学阈值主要受丘脑皮质突触强度39,40 控制，因此可以怀疑丘脑皮质传输因暴露而部分减少，无论是突触前（谷氨酸释放减少）还是突触后水平（受体数量或亲和力减少）。
与 GSM-1800 MHz 的影响类似，LTE 引起的神经元反应改变发生在 LPS 触发的神经炎症背景下，其特征是小胶质细胞反应。目前的证据表明，小胶质细胞强烈影响正常和病理大脑中神经元网络的活动41,42,43。它们调节神经传递的能力不仅取决于它们产生的可能或可能限制神经传递的化合物的产生，还取决于它们的细胞过程的高运动性。在大脑皮层中，由于小胶质细胞突起的生长，神经元网络活动的增加和减少都会引起小胶质细胞空间域的快速扩张44,45。特别是，小胶质细胞突起被募集到激活的丘脑皮质突触附近，并可以通过涉及小胶质细胞介导的局部腺苷产生的机制来抑制兴奋性突触的活动。
在接受 GSM-1800 MHz 和 1.55 W/kg SARACx 照射的 LPS 治疗大鼠中，ACx 神经元活动减少，小胶质细胞突起生长，ACx28 中 Iba1 染色区域明显增加。这一观察结果表明，GSM 暴露引发的小胶质细胞重塑可积极促进 GSM 诱导的声音诱发神经元反应减少。我们目前的研究在 LTE 头部暴露（SARACx 限制为 0.5 W/kg）的背景下反驳了这一假设，因为我们没有发现小胶质细胞突起覆盖的空间域增加。然而，这并不排除 LTE 信号对 LPS 激活的小胶质细胞的任何影响，这可能反过来影响神经元活动。需要进一步研究来回答这个问题，并确定急性神经炎症改变神经元对 LTE 信号反应的机制。
据我们所知，LTE 信号对听觉处理的影响尚未被研究过。我们之前的研究 26、28 和当前的研究表明，在急性炎症的情况下，头部单独暴露于 GSM-1800 MHz 或 LTE-1800 MHz 会导致 ACx 中的神经元反应发生功能性改变，这可以通过听力阈值的增加来证明。由于至少两个主要原因，耳蜗功能不应该受到我们 LTE 暴露的影响。首先，如图 2 所示的剂量学研究所示，最高水平的 SAR（接近 1 W/kg）位于背内侧皮质（天线下方），并且随着人更加横向和横向移动，它们会大幅下降。头部的腹侧部分。可以估计在大鼠耳廓水平（耳道下方）约为 0.1 W/kg。其次，当豚鼠耳朵暴露于 GSM 900 MHz（每周 5 天，1小时/天，SAR 在 1 至 4 W/kg 之间），畸变产物耳声发射阈值和听觉脑干反应的幅度没有可检测到的变化47。此外，在健康大鼠中，在局部 SAR 为 2 W/kg 的情况下，头部反复暴露于 GSM 900 或 1800 MHz 不会影响耳蜗外毛细胞功能48,49。这些结果与在人类中获得的数据相呼应，调查显示，暴露于 GSM 手机发出的 EMF 10 至 30 分钟对耳蜗50,51,52​​或脑干水平53,54 的听觉处理没有持续的影响。
在我们的研究中，在暴露结束后 3 至 6 小时内在体内观察到了 LTE 触发的神经元放电变化。在之前对皮质背内侧部分的研究中，在暴露后 24 小时观察到的由 GSM-1800 MHz 引起的几种影响在暴露后 72 小时不再可检测到。这是由于小胶质细胞突起扩张、IL-1β 基因下调和 AMPA 受体翻译后修饰所致。考虑到听觉皮层的 SAR 值（0.5W/kg）低于背内侧区域（2.94W/kg26），因此这里报告的神经元活动变化似乎是暂时的。
我们的数据应该考虑到合格的 SAR 限值和对手机用户大脑皮层中达到的实际 SAR 值的估计。当前用于保护公众的标准将局部头部或躯干暴露于 100 kHz 和 6 GHz RF 范围内的无线电频率的 SAR 限值设定为 2 W/kg。
人们已经使用不同的人体头部模型进行了剂量模拟，以确定在一般头部或移动电话通信过程中头部不同组织的射频功率吸收。除了人体头部模型的多样性之外，这些模拟还强调了根据解剖学或组织学参数（例如头骨的外部或内部形状、厚度或含水量）估算大脑吸收能量的显著差异或不确定性。不同的头部组织因年龄、性别或个体而异 56,57,58。此外，手机特性（例如天线的内部位置和手机相对于用户头部的位置）会严重影响大脑皮层中 SAR 值的水平和分布 59,60。然而，考虑到已报告的人类大脑皮层 SAR 分布（这些分布是根据发射 1800 MHz 范围内无线电频率的手机模型建立的 58、59、60），似乎人类听觉皮层中达到的 SAR 水平仍未得到充分利用人类大脑皮层。我们的研究（SARACx 0.5 W/kg）。因此，我们的数据并不挑战目前适用于公众的SAR值极限。
总之，我们的研究表明，单次头部暴露于 LTE-1800 MHz 会干扰皮质神经元对感觉刺激的神经元反应。与之前对 GSM 信号影响的表征一致，我们的结果表明 LTE 信号对神经元活动的影响因健康状况而异。急性神经炎症使神经元对 LTE-1800 MHz 敏感，导致皮质对听觉刺激的处理发生改变。
数据收集自Janvier实验室获得的31只55天龄成年雄性Wistar大鼠的大脑皮层。大鼠饲养在湿度（50-55％）和温度（22-24°C）受控的设施中，光照/黑暗周期为12小时/12小时（早上7:30开灯），可自由获取食物和水。所有实验均按照欧洲共同体理事会指令（2010/63 / EU理事会指令）制定的准则进行，这些准则与神经科学学会关于神经科学研究中使用动物的准则中所述的准则类似。该方案经巴黎南部和中心伦理委员会（CEEA N°59，项目2014-25，国家议定书03729.02）批准，采用该委员会32-2011和34-2012验证的程序。
在接受 LPS 治疗和暴露于（或假暴露于）LTE-EMF 之前，动物至少要适应群落室 1 周。
在 LTE 或假手术暴露前 24 小时，给 22 只大鼠腹膜内 (ip) 注射用无菌无内毒素等渗盐水稀释的 E. coli LPS (250 µg/kg，血清型 0127:B8，SIGMA)（每组 n ）。 = 11)。在2月龄Wistar雄性大鼠中，LPS处理引起神经炎症反应，表现为大脑皮层中几种促炎基因（肿瘤坏死因子α、白细胞介素1β、CCL2、NOX2、NOS2）在注射LPS 24小时后上调，其中编码NOX2酶和白细胞介素1β的转录本水平分别增加了4倍和12倍。在此24小时时间点，皮质小胶质细胞显示出LPS引发的细胞促炎激活所预期的典型“致密”细胞形态（图1），这与其他LPS引发的细胞激活形成对比。细胞促炎激活对应于24，61。
使用先前用于评估 GSM EMF26 效果的实验装置，对 LTE EMF 进行头部暴露。在注射 LPS（11 只动物）或未经 LPS 治疗（5 只动物）24 小时后进行 LTE 暴露。在暴露之前，用氯胺酮/赛拉嗪（氯胺酮 80 mg/kg，ip；赛拉嗪 10 mg/kg，ip）对动物进行轻度麻醉，以防止移动并确保动物的头部位于发射 LTE 信号的环形天线中。以下可重复位置。来自同一笼子的一半大鼠作为对照（11 只假暴露动物，来自 22 只用 LPS 预处理的大鼠）：将它们放置在环形天线下，并将 LTE 信号的能量设置为零。暴露和假暴露动物的体重相似（p = 0.558，非配对 t 检验，ns）。所有麻醉动物均放置在无金属加热垫上以保持整个实验过程中，体温保持在37°C左右。与之前的实验一样，暴露时间设定为2小时。暴露后，将动物放在手术室的另一个加热垫上。对10只健康大鼠（未经LPS处理）应用相同的暴露程序，其中一半来自同一笼子，进行假暴露（p=0.694）。
暴露系统与先前研究中描述的系统 25、62 类似，用射频发生器代替 GSM 电磁场来产生 LTE。简而言之，发射 LTE - 1800 MHz 电磁场的 RF 发生器（SMBV100A，3.2 GHz，Rohde & Schwarz，德国）连接到功率放大器（ZHL-4W-422+，Mini-Circuits，美国）、循环器（D3 1719-N，Sodhy，法国）、双向耦合器（CD D 1824-2，-30 dB，Sodhy，法国）和四路功率分配器（DC D 0922-4N，Sodhy，法国），允许同时暴露四只动物。连接到双向耦合器的功率计（N1921A，Agilent，美国）允许连续测量和监测设备内的入射和反射功率。每个输出连接到环形天线(Sama-Sistemi srl; Roma)，可使动物的头部部分暴露。环形天线由一个印刷电路组成，该电路在绝缘环氧基板上刻有两条金属线（介电常数εr = 4.6）。该装置的一端由一根1毫米宽的金属线组成，形成一个靠近动物头部的环。与以前的研究26、62一样，使用数值大鼠模型和有限差分时域（FDTD）方法63、64、65以数值方式确定特定吸收率（SAR）。它们还在均质大鼠模型中使用Luxtron探针测量温升，通过实验确定。在这种情况下，使用以下公式计算以W / kg为单位的SAR：SAR = C ΔT /Δt，其中C是热容量，单位为J /（kg K），ΔT以°K为单位，Δt是温度变化，时间以秒为单位。将数值确定的SAR值与使用均质模型获得的实验SAR值进行了比较，特别是在等效大鼠中大脑区域。数值SAR测量结果与实验检测到的SAR值之间的差异小于30％。
图 2a 显示了大鼠模型中大鼠大脑中的 SAR 分布，该分布与我们研究中使用的大鼠的体重和大小分布相匹配。大脑平均 SAR 为 0.37 ± 0.23 W/kg（平均值±SD）。SAR 值在环形天线正下方的皮质区域最高。ACx（SARACx）中的局部 SAR 为 0.50 ± 0.08 W/kg（平均值±SD）（图 2b）。由于暴露大鼠的体重是均匀的，并且头部组织厚度的差异可以忽略不计，因此预计暴露动物之间的 ACx 或其他皮质区域的实际 SAR 会非常相似。
在暴露结束时，给动物补充额外剂量的氯胺酮（20 mg / kg，ip）和赛拉嗪（4 mg / kg，ip），直到捏后爪后没有观察到反射运动。将局部麻醉剂（Xylocain 2％）皮下注射到头骨上方的皮肤和颞肌中，并将动物放在无金属加热系统上。将动物放入立体定位框架后，在左颞皮质上进行开颅手术。与我们之前的研究66一样，从顶骨和颞骨交界处开始，开口宽9毫米，高5毫米。在双眼控制下小心地移除ACx上​​方的硬脑膜，而不会损坏血管。在手术结束时，用牙科丙烯酸水泥构建一个基座，以便在记录过程中无创伤地固定动物的头部。将支撑动物的立体定位框架放置在声学衰减室（IAC，型号AC1）中。
数据是从 20 只大鼠初级听觉皮层的多单元记录中获得的，其中 10 只动物用 LPS 预先处理过。细胞外记录是从 16 个钨电极 (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) 的阵列中获得的，该电极由两排 8 个电极组成，间隔 1000 µm（同一排电极之间 350 µm）。将一根用于接地的银线 (ø: 300 µm) 插入颞骨和对侧硬脑膜之间。估计原发性 ACx 的位置在前囟后 4-7 毫米处，颞上缝腹侧 3 毫米处。原始信号被放大 10,000 倍 (TDT Medusa)，然后由多通道数据采集系统 (RX5, TDT) 处理。对从每个电极收集的信号进行滤波 (610-10,000 Hz) 以提取多单元活动 (MUA)。触发仔细设置每个电极的水平（由对暴露或假暴露状态不知情的共同作者设置），以从信号中选择最大的动作电位。对波形的在线和离线检查表明，这里收集的 MUA 由电极附近 3 到 6 个神经元产生的动作电位组成。在每个实验开始时，我们设置电极阵列的位置，以便两排八个电极可以对神经元进行采样，当在喙部方向进行时，从低频到高频响应。
在 Matlab 中生成声学刺激，传输到基于 RP2.1 的声音传输系统 (TDT)，然后发送到 Fostex 扬声器 (FE87E)。扬声器放置在距离大鼠右耳 2 cm 处，在此距离下，扬声器产生 140 Hz 至 36 kHz 之间的平坦频谱 (± 3 dB)。使用噪声和纯音进行扬声器校准，使用 Bruel 和 Kjaer 麦克风 4133 连接到前置放大器 B&K 2169 和数字录音机 Marantz PMD671。使用 97 个伽马音频率确定频谱时间感受野 (STRF)，覆盖 8 个 (0.14–36 kHz) 倍频程，以 75 dB SPL 和 4.15 Hz 的随机顺序呈现。使用同一组音调确定频率响应区域 (FRA)，并以 2 Hz 的随机顺序呈现75 至 5 dB SPL。每个频率在每个强度下出现八次。
还评估了对自然刺激的反应。在之前的研究中，我们观察到无论神经元最佳频率（BF）如何，大鼠的发声很少在 ACx 中引起强烈的反应，而异种移植特异性（例如鸣禽或豚鼠的发声）通常引起整个音调图。因此，我们测试了豚鼠对发声的皮质反应（36 中使用的口哨与 1 秒的刺激相连，呈现 25 次）。

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