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移动通信需求的不断增长促使无线技术（G）持续涌现，这些技术可能对生物系统产生不同的影响。为了验证这一点，我们让大鼠单头暴露于4G长期演进（LTE）-1800 MHz电磁场（EMF）2小时。随后，我们评估了脂多糖诱导的急性神经炎症对初级听觉皮层（ACx）中小胶质细胞空间覆盖和电生理神经元活动的影响。ACx的平均SAR为0.5 W/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，同时提高低频和中频的听觉阈值。Iba1免疫组化染色显示，小胶质细胞胞体和突起的覆盖面积没有变化。在健康大鼠中，同样的LTE暴露并未引起反应强度和听觉阈值的变化。我们的数据表明，急性神经炎症会使……神经元对 LTE-EMF 的反应导致 ACx 对声刺激的处理发生改变。
过去三十年来，由于无线通信的持续发展，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认为是移动电话（MP）用户。这项技术的广泛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。这些脉冲电磁场​​由移动电话或基站发射，用于编码通信信号。这一公共卫生问题促使人们开展了大量实验研究，致力于探究射频信号对生物组织的影响¹。鉴于移动电话的普遍使用，大脑与射频源的距离越来越近，其中一些研究着眼于神经元网络活动和认知过程的变化。许多已发表的研究探讨了第二代（2G）全球移动通信系统（GSM）或宽带码分多址（WCDMA）/第三代通用移动通信系统（WCDMA/3G UMTS）²,³,⁴,⁵中使用的脉冲调制信号的影响。然而，人们对第四代（4G）移动通信服务中使用的射频信号的影响知之甚少。它依赖于一种名为长期演进（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。在全球范围内，LTE移动服务使用450至3700 MHz之间的各种不同频段，包括GSM也使用的900和1800 MHz频段。
射频辐射对生物过程的影响能力主要取决于比吸收率 (SAR)，其单位为 W/kg，用于衡量生物组织吸收的能量。最近，一项针对健康志愿者的研究探讨了头部急性暴露于 2.573 GHz LTE 信号 30 分钟对整体神经元网络活动的影响。利用静息态功能磁共振成像 (fMRI)，研究发现 LTE 暴露可诱发自发性慢频波动以及区域内或区域间连接的改变，而根据文献 7、8 和 9，10 克组织的平均空间峰值 SAR 值估计在 0.42 至 1.52 W/kg 之间。在类似的暴露条件下（持续时间 30 分钟，使用代表性人头模型估计峰值 SAR 值为 1.34 W/kg），脑电图 (EEG) 分析显示 α 和 β 频段的频谱功率和半球相干性降低。然而，另两项基于 EEG 分析的研究发现，头部暴露于 LTE 20 或 30 分钟，并伴有局部最大强度，对整体神经元网络活动的影响不大。 SAR 水平设定在 2 W/kg 左右时，要么没有可检测到的影响¹¹，要么导致 α 波段的频谱功率下降，而使用 Stroop 测试评估的认知功能并未发生变化¹²。专门研究 GSM 或 UMTS 电磁场暴露影响的脑电图或认知研究结果也存在显著差异。这些差异被认为源于方法设计和实验参数的差异，包括信号类型和调制方式、暴露强度和持续时间，或者源于受试者在年龄、解剖结构或性别方面的异质性。
迄今为止，用于确定LTE信号暴露如何影响大脑功能的动物研究还很少。最近有报道称，从胚胎后期到断奶期，对发育中的小鼠进行全身暴露（每天30分钟，每周5天，平均全身SAR为0.5或1 W/kg），会导致成年小鼠的运动和食欲行为发生改变¹⁴。对成年大鼠进行重复全身暴露（每天2 h，持续6周）发现，可诱导氧化应激并降低视神经视觉诱发电位的幅度，估计最大SAR低至10 mW/kg¹⁵。
除了在包括细胞和分子水平在内的多个尺度上进行分析外，啮齿动物模型还可用于研究疾病期间射频暴露的影响，例如之前针对急性神经炎症背景下的GSM或WCDMA/3G UMTS电磁场的研究。研究表明，射频暴露会对癫痫发作、神经退行性疾病或胶质瘤产生影响^{16,17,18,19,20}。
注射脂多糖 (LPS) 的啮齿动物是研究由病毒或细菌引起的良性传染病（每年影响大多数人）相关的急性神经炎症反应的经典临床前模型。这种炎症状态会导致可逆性疾病和抑郁行为综合征，其特征是发热、食欲不振和社交互动减少。中枢神经系统 (CNS) 的固有吞噬细胞（例如小胶质细胞）是这种神经炎症反应的关键效应细胞。用 LPS 处理啮齿动物会触发小胶质细胞的激活，其特征是小胶质细胞的形状和细胞过程发生重塑，以及转录组谱发生显著变化，包括编码促炎细胞因子或酶的基因上调，这些基因会影响神经元网络^{22, 23, 24}。
我们研究了LPS处理的大鼠单次暴露于GSM-1800 MHz电磁场2小时后的影响，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诱发的放电以及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效应，这表明LPS诱发的神经炎症状态使中枢神经系统细胞对GSM信号更加敏感。我们重点关注LPS处理的大鼠的听觉皮层（ACx），该区域的局部SAR平均为1.55 W/kg，观察到GSM暴露导致小胶质细胞突起的长度或分支增加，以及纯音和自然刺激诱发的神经元反应降低。
在本研究中，我们旨在检验仅头部暴露于 LTE-1800 MHz 信号是否也能改变 ACx 中的小胶质细胞形态和神经元活动，并将暴露功率降低三分之二。我们在此表明​​，LTE 信号对小胶质细胞的突起没有影响，但仍然能显著降低 LPS 处理大鼠 ACx 中声音诱发的皮层活动，SAR 值为 0.5 W/kg。
鉴于先前的证据表明，暴露于 GSM-1800 MHz 会改变促炎条件下小胶质细胞的形态，我们研究了暴露于 LTE 信号后产生的这种效应。
成年大鼠在接受头部假暴露或LTE-1800 MHz暴露前24小时注射LPS。暴露后，LPS诱导的神经炎症反应在大脑皮层中建立，表现为促炎基因上调和皮层小胶质细胞形态改变（图1）。LTE头部暴露的功率设定为使ACx的平均SAR水平达到0.5 W/kg（图2）。为了确定LPS激活的小胶质细胞是否对LTE电磁场有反应，我们分析了用抗Iba1抗体染色的皮层切片，该抗体可选择性地标记这些细胞。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，小胶质细胞形态非常相似，均呈现出LPS促炎处理引起的“致密样”细胞形态（图1）。与形态学反应的缺失一致，定量图像分析显示总面积无显著差异。 （非配对 t 检验，p = 0.308）或面积（p = 0.196）和密度（p = 0.061），比较 LTE 大鼠暴露于 Iba 1 染色细胞体与假暴露动物的情况（图 3b-d）。
腹腔注射LPS对皮质小胶质细胞形态的影响。图示为腹腔注射LPS或载体（对照）24小时后，大脑皮层（背内侧区）冠状切片中小胶质细胞的代表性图像。细胞用抗Iba1抗体染色，方法如前所述。LPS促炎处理导致小胶质细胞形态发生改变，包括近端增厚和细胞突起短二级分支增多，使其呈现“致密样”外观。比例尺：20 µm。
对大鼠脑部暴露于 1800 MHz LTE 辐射时的比吸收率 (SAR) 进行剂量学分析。采用先前描述的异质模型（包括模拟大鼠和环形天线）⁶²，利用 0.5 mm³ 立方网格评估脑部局部 SAR。(a) 大鼠模型在暴露环境下的全局视图，模型头部上方放置环形天线，身体下方放置金属导热垫（黄色）。(b) 成年大鼠脑部 SAR 值分布，空间分辨率为 0.5 mm³。矢状切面中黑色轮廓线所界定的区域对应于初级听觉皮层，用于分析该区域的小胶质细胞和神经元活动。图中所示的所有数值模拟均采用相同的 SAR 值颜色编码标度。
大鼠听觉皮层注射LPS后，LTE或假手术处理后小胶质细胞的变化。(a) 代表性堆叠图，显示假手术或LTE处理后3至4小时，LPS灌注大鼠听觉皮层冠状切片中用抗Iba1抗体染色的小胶质细胞。比例尺：20 µm。(b, d) 假手术（空心点）或LTE处理（暴露组，黑点）后3至4小时小胶质细胞的形态计量学评估。(b, c) 小胶质细胞标记物Iba1的空间覆盖范围(b)和Iba1阳性细胞体面积(c)。数据代表抗Iba1染色面积，并以假手术组动物的平均值进行标准化。(d) 抗Iba1染色的小胶质细胞体计数。假手术组（n = 5）和LTE组（n = 6）动物之间的差异无统计学意义（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第25至75百分位数和第5至95百分位数。平均值在箱体中用红色标记。
表1总结了四组大鼠（假手术组、暴露组、假手术-LPS组、暴露-LPS组）初级听觉皮层的动物数量和多单元记录。以下结果纳入了所有具有显著频谱时间感受野（STRF）的记录，即音调诱发的反应至少比自发放电率高6个标准差（见表1）。根据此标准，我们为假手术组选择了266条记录，为暴露组选择了273条记录，为假手术-LPS组选择了299条记录，为暴露-LPS组选择了295条记录。
在接下来的段落中，我们将首先描述从频谱-时间感受野（即对纯音的响应）和对异种特异性发声的响应中提取的参数。然后，我们将描述每个组获得的频率响应面积的量化。考虑到我们的实验设计中存在“嵌套数据”³⁰，所有统计分析均基于电极阵列中的位置数量（表1最后一行）进行，但下文描述的所有效应也均基于每个组中的位置数量。收集的多单元记录总数（表1第三行）。
图 4a 显示了 LPS 处理的假手术组和暴露组动物皮层神经元的最佳频率分布（BF，在 75 dB SPL 下引起最大反应的频率）。两组的 BF 频率范围均从 1 kHz 扩展至 36 kHz。统计分析表明，这些分布相似（卡方检验，p = 0.278），提示两组之间的比较不存在抽样偏差。
LTE暴露对LPS处理动物皮层反应量化参数的影响。(a) LPS处理动物皮层神经元中BF分布，分别暴露于LTE（黑色）和假暴露于LTE（白色）。两种分布之间无差异。(bf) LTE暴露对量化频谱时间感受野(STRF)参数的影响。在STRF（总反应强度）和最佳频率(b,c)上，反应强度均显著降低（*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)也降低。对发声的反应强度和时间可靠性均降低(g, h)。自发活动未显著降低(i)。(*p < 0.05，非配对t检验)。(j,k) LTE暴露对皮层阈值的影响。与假暴露组相比，LTE暴露组大鼠的平均阈值显著升高。这种效应在在低频和中频范围内。
图 4b-f 显示了这些动物的 STRF 参数分布（均值用红线表示）。LTE 暴露对 LPS 处理动物的影响似乎表明神经元兴奋性降低。首先，与假手术组（Sham-LPS）动物相比，BF 组的总体反应强度和反应次数显著降低（图 4b、c，非配对 t 检验，p = 0.0017；以及 p = 0.0445）。同样，对交流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，但这种影响不显著（图 4i，p = 0.0745）。LTE 暴露对 LPS 处理动物的反应持续时间、调谐带宽和反应潜伏期没有影响（图 4d-f），表明 LTE 暴露对 LPS 处理动物的频率选择性和起始反应的精确性没有影响。
接下来，我们评估了纯音皮层听阈是否受LTE暴露的影响。根据每次记录获得的频率响应面积（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处理组大鼠1.1至36 kHz的平均（±标准误）听阈。比较假手术组和暴露组的听阈发现，与假手术组相比，暴露组动物的听阈显著升高（图4j），这种效应在低频和中频更为明显。更具体地说，在低频（< 2.25 kHz）下，高阈值A1神经元的比例增加，而低阈值和中阈值神经元的比例减少（卡方= 43.85；p < 0.0001；图4k，左图）。在中频（2.25 < Freq(kHz) < 11）也观察到了相同的效应：与未暴露组相比，暴露组皮层记录中具有中等阈值的神经元比例更高，而具有低阈值的神经元比例更低（卡方值 = 71.17；p < 0.001；图 4k，中间图）。高频神经元（≥ 11 kHz）的阈值也存在显著差异（p = 0.0059）；低阈值神经元的比例下降，而中高阈值神经元的比例上升（卡方值 = 10.853；p = 0.04；图 4k，右图）。
图 5a 显示了健康动物中假手术组和暴露组皮层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，这两个分布相似（卡方检验，p = 0.157），表明两组之间的比较不存在抽样偏差。
LTE暴露对健康动物皮层反应量化参数的影响。(a) LTE暴露组（深蓝色）和假暴露组（浅蓝色）健康动物皮层神经元中BF分布。两组分布无差异。(bf) LTE暴露对量化频谱时间感受野(STRF)参数的影响。STRF和最佳频率范围内的反应强度无显著变化(b,c)。反应持续时间略有增加(d)，但反应带宽和频率带宽无变化(e,f)。对发声的反应强度和时间可靠性均无变化(g,h)。自发活动无显著变化(i)。(*p < 0.05，非配对t检验)。(j,k) LTE暴露对皮层阈值的影响。平均而言，LTE暴露组大鼠的阈值与假暴露组大鼠相比无显著变化，但暴露组动物的高频阈值略低。
图 5b-f 显示了箱线图，代表了从两组 STRF 中提取的参数的分布和均值（红线）。在健康动物中，LTE 暴露本身对 STRF 参数的均值影响甚微。与假手术组（暴露组为浅蓝色箱线图，深蓝色箱线图为深蓝色箱线图）相比，LTE 暴露既没有改变总反应强度，也没有改变 BF 反应（图 5b、c；非配对 t 检验，p 值分别为 0.2176 和 0.8696）。频谱带宽和潜伏期也没有变化（p 值分别为 0.6764 和 0.7129），但反应持续时间显著增加（p = 0.047）。发声反应强度（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 5c，p = 0.3412）也没有变化。 5).5i；p = 0.3256）。
图 5j 显示了健康大鼠在 1.1 至 36 kHz 频率范围内的平均阈值（± 标准误）。除暴露组大鼠在高频（11–36 kHz）的阈值略低外（非配对 t 检验，p = 0.0083），假手术组和暴露组大鼠之间未显示出显著差异。这一结果反映了暴露组大鼠在该频率范围内（卡方 = 18.312，p = 0.001；图 5k）低阈值和中阈值神经元的数量略多（而高阈值神经元的数量较少）。
总之，当健康动物暴露于LTE时，其对纯音和复杂声音（如发声）的反应强度没有受到影响。此外，在健康动物中，暴露组和假手术组的皮层听觉阈值相似；而在LPS处理的动物中，LTE暴露导致皮层听觉阈值显著升高，尤其是在低频和中频范围内。
我们的研究表明，在经历急性神经炎症的成年雄性大鼠中，暴露于局部SARACx强度为0.5 W/kg的LTE-1800 MHz（见方法部分）会导致初级记录中声音诱发反应的强度显著降低。这些神经元活动的变化并未伴随小胶质细胞突起覆盖空间范围的明显改变。在健康大鼠中未观察到LTE对皮层诱发反应强度的这种影响。考虑到LTE暴露组和假暴露组动物记录单元的最佳频率分布相似，神经元反应性的差异可归因于LTE信号的生物学效应，而非采样偏差（图4a）。此外，LTE暴露组大鼠的反应潜伏期和频谱调谐带宽未发生变化，这表明这些记录很可能取自位于初级听觉皮层（ACx）而非次级皮层的同一皮层层级。
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，既往研究已证实GSM-1800 MHz或1800 MHz连续波(CW)能够改变神经元兴奋性，但不同实验方法的结果存在显著差异。在SAR值为8.2 W/kg的条件下暴露于1800 MHz CW后不久，蜗牛神经节的记录显示动作电位触发阈值降低，神经元活动也受到调节​​。另一方面，在SAR值为4.6 W/kg的条件下，暴露于GSM-1800 MHz或1800 MHz CW 15分钟后，大鼠脑原代神经元培养物的放电和爆发活动均有所降低。这种抑制作用在暴露后30分钟内仅部分可逆。在SAR值为9.2 W/kg时，神经元完全沉默。剂量反应分析表明： GSM-1800 MHz 比 1800 MHz CW 更能有效抑制爆发活动，这表明神经元反应依赖于射频信号调制。
在我们的实验设置中，在2小时头部暴露结束后3至6小时，采集了体内皮层诱发反应。在之前的研究中，我们探讨了1.55 W/kg SARACx 的GSM-1800 MHz辐射对健康大鼠声诱发皮层反应的影响，发现其无显著影响。在本研究中，0.5 W/kg SARACx 的LTE-1800辐射对健康大鼠的唯一显著影响是纯音刺激后反应持续时间的轻微延长。这种效应难以解释，因为它并未伴随反应强度的增加，这表明反应持续时间的延长是在皮层神经元发出的动作电位总数相同的情况下发生的。一种解释可能是LTE辐射可能降低了某些抑制性中间神经元的活性，因为已有文献记载，在初级听觉皮层（ACx）中，前馈抑制控制着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LPS诱导神经炎症的大鼠中，LTE暴露对声音诱发的神经元放电持续时间没有影响，但对诱发反应的强度产生了显著影响。事实上，与LPS假手术组大鼠记录到的神经元反应相比，LPS处理组大鼠暴露于LTE后，其神经元反应强度降低，这种效应在纯音和自然发声刺激下均有观察到。纯音反应强度的降低并未导致75 dB频谱调谐带宽的变窄，并且由于这种降低发生在所有声音强度下，因此导致皮层神经元在低频和中频的声阈值升高。
诱发反应强度的降低表明，在LPS处理的动物中，0.5 W/kg SARACx强度的LTE信号与三倍于此强度（1.55 W/kg）的GSM-1800 MHz信号相似²⁸。与GSM信号类似，头部暴露于LTE-1800 MHz可能降低LPS诱导的神经炎症大鼠ACx神经元的兴奋性。与此假设一致，我们也观察到神经元对发声的反应的试验可靠性降低的趋势（图4h）和自发活动减少的趋势（图4i）。然而，在体内很难确定LTE信号是降低神经元的内在兴奋性还是减少突触输入，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 后皮层细胞的固有兴奋性降低所致。支持这一观点的是，当 GSM-1800 MHz 和 1800 MHz-CW 分别以 3.2 W/kg 和 4.6 W/kg 的 SAR 值直接应用于大鼠皮层神经元原代培养物时，均能降低爆发活动，但需要达到一定的 SAR 阈值才能显著降低爆发活动。为了进一步佐证固有兴奋性降低的观点，我们还观察到，暴露组动物的自发放电频率低于假暴露组动物。
其次，LTE暴露也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，频谱调谐的宽度并非完全由传入的丘脑投射决定，皮质内连接也为皮质区域提供了额外的频谱输入^39,40。在我们的实验中，暴露组和假暴露组动物的皮质STRF带宽相似，这一事实间接表明LTE暴露的影响并非皮质皮质连接性的影响。这也表明，在SAR暴露下，其他皮质区域（图2）的连接性高于ACx，可能并非导致本文报道的反应改变的原因。
在此，与 LPS 假暴露动物相比，LPS 暴露的皮层记录中高阈值的比例更高。鉴于有研究提出皮层听觉阈值主要受丘脑皮层突触强度的控制39,40，可以推测，暴露于 LPS 会部分降低丘脑皮层传递，这种降低可能发生在突触前水平（谷氨酸释放减少）或突触后水平（受体数量或亲和力减少）。
与GSM-1800 MHz的作用类似，LTE诱导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。现有证据表明，小胶质细胞对正常和病理脑中的神经元网络活动有显著影响^41,42,43。它们调节神经递质传递的能力不仅取决于其产生的可能抑制或限制神经递质传递的化合物，还取决于其细胞突起的高迁移能力。在大脑皮层中，神经元网络活动的增强和减弱都会由于小胶质细胞突起的生长而触发小胶质细胞空间范围的快速扩张^44,45。特别是，小胶质细胞突起会被募集到激活的丘脑皮质突触附近，并通过涉及小胶质细胞介导的局部腺苷产生的机制抑制兴奋性突触的活性。
在接受LPS处理的大鼠中，以1.55 W/kg的功率密度（SARACx）暴露于1800 MHz GSM辐射下，ACx神经元的活性降低，同时小胶质细胞突起生长，表现为ACx28区域中Iba1染色区域显著增多。这一观察结果表明，GSM暴露引发的小胶质细胞重塑可能积极导致GSM诱导的声音诱发神经元反应减弱。然而，我们目前的研究在以0.5 W/kg功率密度（SARACx）暴露于LTE辐射下，并未观察到小胶质细胞突起覆盖空间范围的增加，因此与上述假设相悖。但这并不排除LTE信号对LPS激活的小胶质细胞的影响，而小胶质细胞可能反过来影响神经元活性。需要进一步的研究来解答这个问题，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此前尚未被研究。我们之前的研究^26,28和本研究表明，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神经元反应的功能改变，表现为听阈升高。至少有两个主要原因表明，耳蜗功能不应受到我们LTE暴露的影响。首先，如图2所示的剂量学研究表明，SAR最高值（接近1 W/kg）位于背内侧皮层（天线下方），并随着向外侧和腹侧移动而显著降低。在大鼠耳廓水平（耳道下方）估计约为0.1 W/kg。其次，当豚鼠耳朵在GSM 900 MHz下暴露2个月（每周5天，1在 SAR 为 1 至 4 W/kg 的条件下，每天暴露 1 小时，未检测到畸变产物耳声发射阈值和听觉脑干反应的幅度变化⁴⁷。此外，在局部 SAR 为 2 W/kg 的情况下，反复头部暴露于 GSM 900 或 1800 MHz 频段不会影响健康大鼠的耳蜗外毛细胞功能^48,49。这些结果与在人类中获得的数据相呼应，研究表明，暴露于 GSM 手机的电磁场 10 至 30 分钟对耳蜗^50,51,52或脑干^53,54水平的听觉处理没有一致的影响。
在本研究中，我们观察到，在暴露结束后3至6小时内，活体神经元放电模式发生了LTE触发的变化。在之前一项关于背内侧皮层的研究中，GSM-1800 MHz在暴露后24小时观察到的几种效应，在暴露后72小时已无法检测到。这些效应包括小胶质细胞突起的扩张、IL-1β基因的下调以及AMPA受体的翻译后修饰。考虑到听觉皮层的SAR值（0.5W/kg）低于背内侧区域（2.94W/kg²⁶），本文报道的神经元活动变化似乎是短暂的。
我们的数据应考虑符合规定的 SAR 限值以及对手机用户大脑皮层实际 SAR 值的估计。目前用于保护公众的标准规定，对于头部或躯干局部暴露于 100 kHz 和 6 GHz 射频范围内的射频辐射，SAR 限值为 2 W/kg。
为了确定在一般头部通信或手机通信过程中头部不同组织对射频功率的吸收情况，研究人员使用不同的头部模型进行了剂量模拟。除了头部模型的多样性之外，这些模拟还突显了基于解剖学或组织学参数（例如颅骨的外部或内部形状、厚度或含水量）估算大脑吸收能量时存在的显著差异或不确定性。不同的头部组织会因年龄、性别或个体差异而存在很大差异^56,57,58。此外，手机的特性，例如天线的内部位置以及手机相对于用户头部的位置，会强烈影响大脑皮层中SAR值的水平和分布^59,60。然而，考虑到已报道的基于发射1800 MHz频段射频的手机模型建立的人类大脑皮层SAR分布^58,59,60，人类听觉皮层中实际达到的SAR水平似乎仍然被低估了。人类大脑皮层的SAR值。我们的研究（SARAC x 0.5 W/kg）。因此，我们的数据并未对目前适用于公众的SAR值限值提出挑战。
总之，我们的研究表明，单次头部暴露于LTE-1800 MHz会干扰皮层神经元对感觉刺激的神经元反应。与先前对GSM信号效应的描述一致，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。急性神经炎症会使神经元对LTE-1800 MHz更加敏感，从而导致皮层对听觉刺激的处理发生改变。
本研究从Janvier实验室获得的31只成年雄性Wistar大鼠中采集了55日龄大鼠的大脑皮层数据。大鼠饲养于湿度（50-55%）和温度（22-24℃）可控的设施中，光照/黑暗周期为12小时/12小时（上午7:30开灯），并可自由获取食物和水。所有实验均按照欧盟理事会指令（2010/63/EU）制定的指南进行，该指南与神经科学学会《神经科学研究中动物使用指南》中所述的指南类似。本实验方案已获得巴黎南区和中心伦理委员会（CEEA编号59，项目编号2014-25，国家方案编号03729.02）的批准，并采用了该委员会验证的程序（32-2011和34-2012）。
在进行 LPS 处理和暴露（或假暴露）LTE-EMF 之前，动物已在饲养室中适应至少 1 周。
在 LTE 或假暴露前 24 小时，向 22 只大鼠腹腔注射 (ip) 大肠杆菌 LPS (250 µg/kg，血清型 0127:B8，SIGMA)，用无菌无内毒素等渗盐水稀释（每组 n）。 = 11）。在2月龄Wistar雄性大鼠中，LPS处理可诱导神经炎症反应，表现为大脑皮层中多种促炎基因（肿瘤坏死因子-α、白细胞介素1β、CCL2、NOX2、NOS2）在LPS注射后24小时表达上调，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24小时时间点，皮层小胶质细胞呈现出LPS触发的促炎细胞活化所预期的典型“致密”细胞形态（图1），这与其他LPS触发的活化情况形成对比。细胞促炎活化与24, 61相对应。
使用之前用于评估GSM电磁场效应的实验装置²⁶，对动物头部进行LTE电磁场暴露实验。LTE暴露实验在LPS注射后24小时进行（11只动物），或未进行LPS处理（5只动物）。暴露前，动物使用氯胺酮/赛拉嗪（氯胺酮80 mg/kg，腹腔注射；赛拉嗪10 mg/kg，腹腔注射）进行轻度麻醉，以防止动物移动并确保动物头部位于发射LTE信号的环形天线内（位置可重复，见下文）。同一笼子中的一半大鼠作为对照组（22只预先注射LPS的大鼠中，11只为假暴露组）：将它们放置在环形天线下方，并将LTE信号能量设置为零。暴露组和假暴露组动物的体重相似（p = 0.558，非配对t检验，无统计学意义）。所有麻醉动物均放置在无金属加热垫上以维持其体温。实验过程中，动物体温维持在37°C左右。与之前的实验一样，暴露时间设定为2小时。暴露结束后，将动物置于手术室的另一个加热垫上。对10只健康大鼠（未接受LPS处理）也采用了相同的暴露程序，其中一半大鼠来自同一笼子，接受假暴露处理（p = 0.694）。
该暴露系统与先前研究中描述的系统25、62类似，只是将射频发生器替换为产生LTE电磁场而非GSM电磁场。简而言之，一台发射LTE-1800 MHz电磁场的射频发生器（SMBV100A，3.2 GHz，德国罗德与施瓦茨公司）连接到功率放大器（ZHL-4W-422+，美国Mini-Circuits公司）、环形器（D3 1719-N，法国Sodhy公司）、双向耦合器（CD D 1824-2，-30 dB，法国Sodhy公司）和四路功率分配器（DC D 0922-4N，法国Sodhy公司），从而可以同时暴露四只动物。连接到双向耦合器的功率计（N1921A，美国安捷伦公司）可以连续测量和监测设备内的入射功率和反射功率。每个输出端都连接到一个环形天线。 （Sama-Sistemi srl；罗马），可使动物头部部分暴露。环形天线由印刷电路构成，该电路在绝缘环氧树脂基板上刻蚀有两条金属线（介电常数εr = 4.6）。装置一端为一根1毫米宽的导线，形成一个靠近动物头部的环。与之前的研究^26,62类似，本研究使用数值大鼠模型和时域有限差分法（FDTD）^63,64,65对比吸收率（SAR）进行了数值测定。此外，还使用Luxtron探头测量温度升高，在均质大鼠模型中进行了实验测定。SAR（单位为W/kg）的计算公式为：SAR = C ΔT/Δt，其中C为比热容（单位为J/(kg·K)），ΔT为温度变化（单位为°K），Δt为时间（单位为秒）。将数值测定的SAR值与使用均质模型获得的实验SAR值进行了比较，尤其是在等效大鼠模型中。脑区。数值 SAR 测量值与实验检测到的 SAR 值之间的差异小于 30%。
图 2a 显示了大鼠模型中大鼠脑内的 SAR 分布，其分布与我们研究中使用的大鼠的体重和体型分布相符。脑部平均 SAR 为 0.37 ± 0.23 W/kg（平均值 ± 标准差）。SAR 值在环形天线正下方的皮层区域最高。ACx 的局部 SAR (SARACx) 为 0.50 ± 0.08 W/kg（平均值 ± 标准差）（图 2b）。由于暴露大鼠的体重均匀，且头部组织厚度差异可忽略不计，因此预计不同暴露动物的 ACx 或其他皮层区域的实际 SAR 值将非常相似。
暴露结束后，对动物追加注射氯胺酮（20 mg/kg，腹腔注射）和赛拉嗪（4 mg/kg，腹腔注射），直至捏后爪后未观察到反射动作。在颅骨上方的皮肤和颞肌皮下注射局部麻醉剂（2%利多卡因），并将动物置于无金属加热系统上。将动物固定于立体定位仪后，在左侧颞叶皮层进行开颅手术。与我们之前的研究⁶⁶相同，从顶骨和颞骨的交界处开始，切口宽9 mm，高5 mm。在双目镜引导下小心去除ACx上​​方的硬脑膜，避免损伤血管。手术结束后，用牙科丙烯酸树脂制作一个底座，用于在记录过程中无创固定动物头部。将支撑动物的立体定位仪置于隔音室（IAC，型号AC1）中。
数据来源于20只大鼠初级听觉皮层的多单元记录，其中10只大鼠预先接受了LPS处理。细胞外记录采用由16个钨电极（TDT，直径：33 µm，电阻<1 MΩ）组成的阵列，该阵列由两排各8个电极组成，电极间距为1000 µm（同一排电极间距为350 µm）。一根银线（直径：300 µm）用于接地，插入颞骨和对侧硬脑膜之间。初级听觉皮层（ACx）的估计位置在前囟后方4-7 mm，颞上缝腹侧3 mm处。原始信号经放大10,000倍（TDT Medusa）后，由多通道数据采集系统（RX5，TDT）进行处理。从每个电极采集的信号经过滤波（610–10,000 Hz）以提取多单元活动（MUA）。触发信号为了从信号中选择最大的动作电位，我们精心设置了每个电极的电平（由不知晓暴露或假暴露状态的合作者进行设置）。对波形的在线和离线检查表明，此处收集的多单元活动（MUA）由电极附近3至6个神经元产生的动作电位组成。在每次实验开始时，我们设置电极阵列的位置，使得两排共8个电极能够对神经元进行采样，从而在头侧方向进行实验时，能够采集到从低频到高频的响应。
声刺激在 Matlab 中生成，传输至基于 RP2.1 的声音传输系统 (TDT)，并发送至 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，扬声器在 140 Hz 至 36 kHz 范围内产生平坦的频谱（± 3 dB）。使用 Bruel & Kjaer 4133 麦克风录制噪声和纯音，麦克风连接至 B&K 2169 前置放大器和 Marantz PMD671 数字录音机，对扬声器进行校准。使用 97 个伽马音频率（覆盖 8 个倍频程，即 0.14–36 kHz）测定频谱时间感受野 (STRF)，这些频率以 75 dB SPL 的声压级随机呈现，频率为 4.15 Hz。使用相同的音调集，以 2 Hz 的声压级随机呈现，测定频率响应面积 (FRA)。 75 至 5 分贝声压级。每个频率在每个强度下重复出现八次。
我们还评估了对自然刺激的反应。在之前的研究中，我们观察到，无论神经元的最佳频率（BF）如何，大鼠的叫声很少能在听觉皮层（ACx）中引起强烈的反应，而异种移植特异性的（例如，鸣禽或豚鼠的叫声）通常会激活整个音调图。因此，我们测试了豚鼠对叫声的皮层反应（在36号实验中使用的哨声与1秒的刺激相连，重复25次）。

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