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对移动电话通信需求的不断增长导致无线技术（G）的不断出现，这可能对生物系统产生不同的影响。为了测试这一点，我们将大鼠单头暴露在4G长期演进（LTE）-1800 MHz电磁场（EMF）中2小时。然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小胶质细胞空间覆盖和电生理神经元活动的影响(ACx)。ACx 的平均 SAR 为 0.5 W/kg。多单元录音显示，LTE-EMF 会引发对纯音和自然发声的反应强度降低，同时低频和中频的声学阈值增加。Iba1 免疫组织化学显示小胶质细胞体和突起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 敏感，导致 ACx 中声刺激的处理发生改变。
由于无线通信的不断扩展，人类的电磁环境在过去三十年中发生了巨大的变化。目前，超过三分之二的人口被认为是移动电话 (MP) 用户。这项技术的大规模普及引发了人们对射频 (RF) 范围内的脉冲电磁场 (EMF) 潜在危险影响的担忧和争论，这些脉冲电磁场 (EMF) 由 MP 或基站发射并编码通信。这一公共卫生问题激发了许多致力于研究射频吸收对通信的影响的实验研究。生物组织1.考虑到广泛使用 MP 时大脑与射频源的接近，其中一些研究寻找神经元网络活动和认知过程的变化。许多报道的研究涉及第二代 (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)2 ,3,4,5 中使用的脉冲调制信号的影响。第四代（4G）移动服务，依赖于称为长期演进（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月将覆盖全球66亿LTE用户（GSMA：//gsacom.com）。与基于单载波调制方案的GSM（2G）和WCDMA（3G）系统相比，LTE采用正交频分复用(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。
RF 暴露影响生物过程的能力在很大程度上取决于以 W/kg 表示的比吸收率 (SAR)，它测量生物组织中吸收的能量。最近在健康人类志愿者中探索了 30 分钟头部急性暴露于 2.573 GHz LTE 信号对全球神经元网络活动的影响。使用静息态 fMRI，观察到 LTE 暴露可引起自发的缓慢频率波动和区域内或区域间连接的改变，而空间峰值 SAR 水平平均超过根据主题 7、8、9，估计 10 g 组织的变化范围为 0.42 至 1.52 W/kg。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峰值 SAR 水平为 1.34 W/kg）下的 EEG 分析表明，α 和 β 波段的光谱功率和半球相干性降低。然而，另外两项基于 EEG 分析的研究发现，20 或 30 分钟的 LTE 头部最大局部 SAR 水平设置在 2 W/kg 左右的暴露，要么没有可检测到的影响11，要么导致 α 波段的光谱功率下降，而用 Stroop 测试 12 评估的认知功能没有改变。在专门研究 GSM 或 UMTS EMF 暴露影响的脑电图或认知研究的结果中也发现了显着差异。它们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，或者来自人类受试者在年龄、解剖结构或性别方面的异质性。
到目前为止，很少有动物研究被用来确定暴露于 LTE 信号如何影响大脑功能。最近有报道称，发育中的小鼠从胚胎晚期到断奶（30 分钟/天，5 天/周，平均全身 SAR 为 0.5 或 1 W/kg）的全身暴露会导致成年大鼠的运动和食欲行为改变14。成年大鼠重复全身暴露（每天 2 公顷，持续 6 周）被发现会诱发氧化应激并降低氧化应激的幅度。从视神经获得的视觉诱发电位，最大 SAR 估计低至 10 mW/kg15。
除了包括细胞和分子水平在内的多个尺度的分析之外，啮齿动物模型还可用于研究疾病期间射频暴露的影响，正如之前关注的急性神经炎症背景下的 GSM 或 WCDMA/3G UMTS EMF 一样。研究表明癫痫、神经退行性疾病或神经胶质瘤的影响 16,17,18,19,20。
注射脂多糖 (LPS) 的啮齿动物是急性神经炎症反应的经典临床前模型，与每年影响大多数人口的病毒或细菌引起的良性传染病相关。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。小胶质细胞等驻留中枢神经系统吞噬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激活其特征是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上调，从而影响神经元网络活动 22、23、24。
研究 LPS 处理的大鼠头部单次暴露于 GSM-1800 MHz EMF 2 小时的影响，我们发现 GSM 信号传导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、神经元元诱发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，表明 LPS 触发的神经炎症状态使 CNS 细胞对GSM 信号传导。重点关注 LPS 处理的大鼠的听觉皮层 (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，以及纯音和自然刺激引起的神经元反应减少 28。
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，但仍然引发 LPS 治疗大鼠 ACx 中声音诱发的皮层活动显着减少，SAR 值为 0.5 W/kg。
鉴于之前的证据表明暴露于 GSM-1800 MHz 会改变促炎条件下的小胶质细胞形态，我们研究了暴露于 LTE 信号后的这种影响。
成年大鼠在仅头部假暴露或暴露于 LTE-1800 MHz 之前 24 小时注射 LPS。暴露后，在大脑皮层中建立了 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）。设置 LTE 头部暴露的功率以获得 ACx 中 0.5 W/kg 的平均 SAR 水平（图 2）。 LPS 激活的小胶质细胞对 LTE EMF 有反应，我们分析了用抗 Iba1 染色的皮质切片，选择性标记了这些细胞。如图 3a 所示，在假手术或 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）。与不存在形态学反应一致，定量图像分析显示，在比较 LTE 大鼠与假暴露动物的 Iba 1 染色细胞体暴露情况时，Iba1 免疫反应性的总面积（未配对 t 检验，p = 0.308）或面积（p = 0.196）和密度（p = 0.061）（图 3b-d）。
LPS ip 注射对皮质小胶质细胞形态的影响。腹腔注射 LPS 或载体（对照）24 小时后大脑皮层冠状部分（背内侧区域）小胶质细胞的代表性视图。如前所述，用抗 Iba1 抗体对细胞进行染色。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，从而产生“致密样”外观。比例尺：20 µm。
暴露于 1800 MHz LTE 期间大鼠大脑比吸收率 (SAR) 的剂量测定分析。之前描述的幻影大鼠和环形天线62的异质模型用于评估大脑中的局部 SAR，具有 0.5 mm3 立方网格。(a) 暴露环境中大鼠模型的全局视图，头部上方有环形天线，身体下方有金属热垫（黄色）。(b) 0.5 时成人大脑中 SAR 值的分布mm3 空间分辨率。矢状截面中黑色轮廓界定的区域对应于分析小胶质细胞和神经元活动的初级听觉皮层。SAR 值的颜色编码刻度适用于图中所示的所有数值模拟。
LTE 或 Sham 暴露后，大鼠听觉皮层注射 LPS 的小胶质细胞。(a) Sham 或 LTE 暴露（暴露）3 至 4 小时后，LPS 灌注的大鼠听觉皮层冠状切片中用抗 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 暴露后 3 至 4 小时小胶质细胞的形态测量评估（暴露，黑点）。（b，c）小胶质细胞标记物 Iba1 的空间覆盖（b）和 Iba1 阳性细胞体的面积（c）。数据代表标准化为假暴露动物平均值的抗 Iba1 染色面积。（d）抗 Iba1 染色的小胶质细胞体计数。假手术（n = 5）和 LTE（n = 6）动物之间的差异不显着（p > 0.05，未配对的t检验）。框的顶部和底部，上下线分别代表第25-75个百分位数和第5-95个百分位数。平均值在框中用红色标记。
表1总结了在四组大鼠的初级听觉皮层中获得的动物数量和多单元记录（Sham、Expose、Sham-LPS、Expose-LPS）。在下面的结果中，我们包括了所有表现出显着频谱时间感受野（STRF）的记录，即音调诱发反应比自发放电率高至少6个标准差（见表1）。应用此标准，我们为Sham选择了266条记录组、暴露组273条记录、Sham-LPS组299条记录、暴露-LPS组295条记录。
在下面的段落中，我们将首先描述从频谱-时间感受野提取的参数（即对纯音的响应）和对异种特定发声的响应。然后我们将描述每组获得的频率响应区域的量化。考虑到我们的实验设计中存在“嵌套数据”30，所有统计分析都是基于电极阵列中的位置数量（表1中的最后一行）进行的，但下面描述的所有效果也是基于每组中的位置数。收集的多单元记录总数（表 1 中的第三行）。
图4a显示了在LPS处理的假手术组和暴露组中获得的皮质神经元的最佳频率分布（BF，在75 dB SPL下引发最大响应）。两组中BF的频率范围从1 kHz扩展至36 kHz。统计分析显示这些分布相似（卡方，p = 0.278），表明可以在没有抽样偏差的情况下进行两组之间的比较。
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 暴露对量化频谱时间感受野 (STRF) 参数的影响。响应强度显着降低（*p < 0.05，未配对） STRF（总响应强度）和最佳频率 (b,c) 的 t 检验）。响应持续时间、响应带宽和带宽常数 (df)。发声响应的强度和时间可靠性均降低 (g, h)。自发活动没有显着降低 (i)。（*p < 0.05，未配对 t 检验）。(j,k) LTE 暴露对皮质阈值的影响。平均阈值显着较高暴露于 LTE 的大鼠与假暴露于的大鼠相比。这种效应在低频和中频中更为明显。
图4b-f显示了这些动物的STRF参数分布（红线表示的意思）。LTE暴露对LPS处理的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的总体反应强度和反应明显较低（图4b，c未配对t检验，p = 0.0017；p = 0.0445）。同样，对通信的反应声音的响应强度和试验间可靠性均下降（图 4g，h；未配对 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）。在 LPS 处理的动物中，响应持续时间、调谐带宽和响应延迟不受 LTE 暴露的影响（图 4d-f），表明起始响应的频率选择性和精度不受LPS 处理动物的 LTE 暴露。
接下来，我们评估了纯音皮层阈值是否因 LTE 暴露而改变。根据每次录音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进行了平均。图 4j 显示了 LPS 处理的大鼠从 1.1 到 36 kHz 的平均 (± sem) 阈值。比较假手术组和暴露组的听觉阈值表明，与假手术动物相比，暴露动物的阈值大幅增加（图4j），这种效应在低频和中频中更为明显。更准确地说，在低频（< 2.25 kHz）时，具有高阈值的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) 处观察到相同的效果：与未暴露组相比，具有中等阈值的皮质记录比例较高，具有低阈值的神经元比例较小（卡方 = 71.17；p < 0.001；图 4k，中图）。高频神经元的阈值也存在显着差异（≥ 11 kHz，p = 0.0059）；低阈值神经元的比例减少，中高阈值神经元的比例增加（卡方 = 10.853；p = 0.04 图 4k，右图）。
图5a显示了在假手术组和暴露组的健康动物中获得的皮质神经元的最佳频率分布（BF，在75 dB SPL下引发最大响应）。统计分析显示，这两个分布相似（卡方，p = 0.157），表明可以在没有抽样偏差的情况下进行两组之间的比较。
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）的健康动物皮层神经元的 BF 分布。两种分布之间没有差异。(bf) LTE 暴露对量化频谱时间感受野 (STRF) 参数的影响。跨 STRF 和最佳频率的响应强度没有显着变化 (b,c)。响应持续时间 (d) 略有增加，但响应带宽和带宽 (e, f) 没有变化。发声响应的强度和时间可靠性都没有改变 (g, h)。自发活动 (i) 没有显着变化。(*p < 0.05 未配对 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，但暴露动物的较高频率阈值略低。
图5b-f显示了代表两组STRF参数的分布和平均值（红线）的箱线图。在健康动物中，LTE暴露本身对STRF参数的平均值几乎没有影响。与Sham组（暴露组的浅蓝色框和深蓝色框）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；未配对t检验，p = 0.2176，并且p = 0.8696）。对频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）。对发声响应的强度（图 5g，p = 0.4375）以及这些响应的试验间可靠性（图 5h，p = 0.3412）和自发活动（图5）.5i； p = 0.3256）。
图 5j 显示了健康大鼠从 1.1 到 36 kHz 的平均（± sem）阈值。假手术大鼠和暴露大鼠之间没有显示显着差异，除了高频（11-36 kHz）暴露动物中阈值略低（未配对 t 检验，p = 0.0083）。这种效应反映了这样一个事实：在暴露动物中，在此频率范围内（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）。
总之，当健康动物暴露于 LTE 时，对纯音和发声等复杂声音的反应强度没有影响。此外，在健康动物中，暴露动物和假动物之间的皮质听觉阈值相似，而在 LPS 处理的动物中，LTE 暴露导致皮质听觉阈值大幅增加，尤其是在低频和中频范围。
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 为 0.5 W/kg 的 LTE-1800 MHz（参见方法）会导致主要通讯记录中声音诱发反应的强度显着降低。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的变化。在健康大鼠中没有观察到 LTE 对皮质诱发反应强度的影响。尽管暴露于 LTE 的动物和暴露于假手术的动物中记录单元之间的最佳频率分布相似，但神经元反应性的差异可归因于 LTE 信号的生物效应而不是采样偏差（图 4a）。此外，暴露于 LTE 的大鼠的响应延迟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，这些皮质层位于初级 ACx 而不是次级区域。
据我们所知，LTE 信号对神经元反应的影响之前尚未有报道。然而，之前的研究已经记录了 GSM-1800 MHz 或 1800 MHz 连续波 (CW) 改变神经元兴奋性的能力，尽管根据实验方法存在显着差异。在暴露于 8.2 W/Kg SAR 水平的 1800 MHz CW 后不久，蜗牛神经节的记录显示触发动作的阈值降低另一方面，在 SAR 为 4.6 W/kg 的 GSM-1800 MHz 或 1800 MHz CW 下暴露 15 分钟，来自大鼠大脑的原代神经元培养物中的尖峰和爆发活性降低。这种抑制在暴露后 30 分钟内仅部分可逆。在 SAR 为 9.2 W/kg 时实现了神经元的完全沉默。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 RF 信号调制。
在我们的设置中，在 2 小时仅头部暴露结束后 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层反应没有显着影响。在这里，暴露于 0.5 W/kg SARACx 的 LTE-1800 在健康大鼠中诱发的唯一显着影响是呈现纯音时反应持续时间略有增加。这种效应很难解释，因为它不伴随反应强度的增加，这表明这种更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 暴露可能会减少一些抑制性中间神经元的活动，因为有记录表明，在初级 ACx 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 暴露对声音诱发神经元放电的持续时间没有影响，但对诱发反应的强度有显着影响。事实上，与 LPS 假暴露大鼠中记录的神经元反应相比，LPS 处理的暴露于 LTE 的大鼠中的神经元表现出反应强度的降低，在呈现纯音和自然发声时都观察到这种效果。对纯音的反应在频谱调谐带宽没有缩小 75 dB 的情况下发生，并且由于它发生在所有声音强度下，因此导致低频和中频皮质神经元的声阈值增加。
诱发反应强度的降低表明，在 LPS 处理的动物中，0.5 W/kg 的 LTE 信号对 SARACx 的影响与在三倍高 SARACx (1.55 W/kg) 下应用 GSM-1800 MHz 的效果相似 28 。至于 GSM 信号，头部暴露于 LTE-1800 MHz 可能会降低遭受 LPS 触发的神经炎症的大鼠 ACx 神经元的神经元兴奋性。与此一致假设，我们还观察到神经元对发声反应的试验可靠性下降（图4h）和自发活动减少（图4i）的趋势。然而，很难在体内确定LTE信号是否会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 后皮质细胞的兴奋性本质上降低所致。支持这一观点的是，当直接应用于皮层大鼠神经元的原代培养物时，GSM-1800 MHz 和 1800 MHz-CW 降低了突发活动，SAR 水平分别为 3.2 W/kg 和 4.6 W/kg，但需要阈值 SAR 水平才能显着降低突发活动。兴奋性方面，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 暴露也可能影响丘脑-皮质或皮质-皮质突触的突触传输。现在的大量记录表明，在听觉皮层中，频谱调谐的广度不仅由传入丘脑投射决定，而且皮质内连接向皮质位点赋予额外的频谱输入39,40。在我们的实验中，皮层 STRF 在暴露和假暴露动物中显示出相似的带宽，这一事实间接表明这些影响LTE 暴露对皮质-皮质连接性没有影响。这也表明 SAR 暴露的其他皮质区域的连接性高于 ACx 中测量的连接性（图 2）可能不是造成此处报告的反应改变的原因。
在这里，与 LPS 假暴露的动物相比，更大比例的 LPS 暴露的皮质记录显示出高阈值。鉴于有人提出皮质声学阈值主要由丘脑皮质突触的强度控制39,40，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（受体数量减少）亲和力）。
与 GSM-1800 MHz 的影响类似，LTE 诱导的神经元反应改变发生在 LPS 触发的神经炎症的背景下，其特征是小胶质细胞反应。当前证据表明，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触发小胶质细胞空间域的快速扩张44,45。特别是，小胶质细胞突起在激活的丘脑皮质突触附近募集，并可以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动。
在接受 GSM-1800 MHz 和 1.55 W/kg SARACx 的 LPS 处理的大鼠中，ACx 神经元活性降低，伴随着小胶质细胞过程的生长，以 ACx28 中显着的 Iba1 染色区域为标志。这一观察结果表明，GSM 暴露引发的小胶质细胞重塑可以积极促进 GSM 诱导的声音诱发神经元反应的减少。我们目前的研究在 LTE 头部暴露 SARACx 有限的情况下反驳了这一假设。至 0.5 W/kg，因为我们发现小胶质细胞过程覆盖的空间域没有增加。然而，这并不排除 LTE 信号传导对 LPS 激活的小胶质细胞有任何影响，这可能反过来影响神经元活动。需要进一步的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 信号传导反应的机制。
据我们所知，LTE 信号对听觉处理的影响之前尚未研究过。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 神经元反应的功能改变，如听力阈值的增加所示。至少有两个主要原因，耳蜗功能不应受到 LTE 暴露的影响。首先，如如图2所示的剂量测定研究，SAR最高水平（接近1W/kg）位于背内侧皮层（天线下方），随着横向和横向移动程度的增加，SAR水平大幅下降。头部腹侧部分。可以估计在大鼠耳廓水平（耳道下方）约为0.1W/kg。第二，当豚鼠耳朵在GSM下暴露2个月时900 MHz（5 天/周，1 小时/天，SAR 在 1 至 4 W/kg 之间），发射和听觉脑干反应的耳声阈值失真产物的幅度没有可检测到的变化 47。此外，在 2 W/kg 的局部 SAR 下，重复头部暴露于 GSM 900 或 1800 MHz 不会影响健康人的耳蜗外毛细胞功能。大鼠48,49。这些结果与在人类中获得的数据相呼应，研究表明，接触 GSM 手机的电磁场 10 到 30 分钟，对耳蜗 50,51,52 或脑干水平 53,54 评估的听觉处理没有一致的影响。
在我们的研究中，在暴露结束后3至6小时体内观察到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，暴露后24小时观察到的GSM-1800 MHz诱导的几种效应在暴露后72小时不再检测到。这种情况包括小胶质细胞突起的扩张、IL-1ß基因的下调和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)，这里报告的神经元活动的变化似乎是短暂的。
我们的数据应考虑合格的 SAR 限制以及对手机用户大脑皮层中实际 SAR 值的估计。当前用于保护公众的标准将 SAR 限制设置为 2 W/kg，用于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。
使用不同的人体头部模型进行了剂量模拟，以确定一般头部或手机通信期间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）估计大脑吸收的能量的显着差异或不确定性。不同的头部组织根据年龄、性别或个人的不同而有很大差异56,57,58。此外，细胞手机特性，例如天线的内部位置以及手机相对于用户头部的位置，强烈影响大脑皮层中 SAR 值的水平和分布59,60。然而，考虑到报告的人类大脑皮层中的 SAR 分布（这些分布是根据发射 1800 MHz 范围内的无线电频率的手机模型建立的）58,59,60，看来人类听觉皮层中达到的 SAR 水平仍然是人类大脑皮层的一半应用不足。我们的研究（SARACx 0.5 W/kg）。因此，我们的数据并没有挑战当前适用于公众的 SAR 值的限制。
总之，我们的研究表明，仅头部暴露于 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 GSM 信号传导影响的特征一致，我们的结果表明 LTE 信号传导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，导致听觉刺激的皮质处理改变。
数据收集于 Janvier 实验室获得的 31 只成年雄性 Wistar 大鼠 55 天龄时的大脑皮层。将大鼠饲养在湿度（50-55%）和温度（22-24 °C）控制的设施中，光/暗周期为 12 小时/12 小时（上午 7:30 开灯），可自由获取食物和水。所有实验均按照欧洲理事会制定的指南进行社区指令（2010/63/欧盟理事会指令），类似于神经科学学会在神经科学研究中使用动物指南中描述的内容。该协议得到了巴黎南伦理委员会和中心（CEEA N°59，项目 2014-25，国家协议 03729.02）的批准，使用了该委员会 32-2011 和 34-2012 验证的程序。
在 LPS 处理和暴露（或假暴露）LTE-EMF 之前，动物习惯于集落室至少 1 周。
22 只大鼠在 LTE 或假暴露前 24 小时腹膜内 (ip) 注射用无菌无内毒素等渗盐水稀释的大肠杆菌 LPS（250 µg/kg，血清型 0127:B8，SIGMA）（每组 n 例）。 = 11). 在 2 个月大的 Wistar 雄性大鼠中，这种 LPS 治疗会产生一种神经炎症反应，这种反应在大脑皮层中表现为多种促炎症基因（肿瘤坏死因子-α、白细胞介素 1ß、CCL2、NOX2、NOS2）在注射 LPS 24 小时后上调，包括编码 NOX2 酶和白细胞介素 1ß 的转录物水平增加 4 倍和 12 倍，在这个24小时的时间点，皮质小胶质细胞显示出LPS触发的细胞促炎症激活所预期的典型“致密”细胞形态（图1），这与其他LPS触发的激活形成对比。细胞促炎激活对应于 24、61。
使用先前用于评估 GSM EMF26 效果的实验装置进行仅头部暴露于 LTE EMF。在 LPS 注射（11 只动物）或未进行 LPS 治疗（5 只动物）后 24 小时进行 LTE 暴露。在暴露前用氯胺酮/甲苯噻嗪（氯胺酮 80 mg/kg，腹腔注射；甲苯噻嗪 10 mg/kg，腹腔注射）对动物进行轻度麻醉，以防止运动并确保动物的头部处于静止状态。发射 LTE 信号的环形天线中的可重复位置如下。来自同一笼子的一半大鼠作为对照（11 只假暴露动物，22 只经过 LPS 预处理的大鼠）：它们被放置在环形天线下，LTE 信号的能量设置为零。暴露和假暴露动物的重量相似（p = 0.558，未配对 t 检验，ns）。所有麻醉动物均置于在整个实验过程中，使用不含金属的加热垫将其体温维持在37°C左右。与之前的实验一样，暴露时间设置为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）进行相同的暴露程序，其中一半是来自同一笼子的假暴露（p = 0.694）。
暴露系统与之前研究中描述的系统 25、62 类似，只是将射频发生器替换为生成 LTE 而不是 GSM 电磁场。简而言之，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）连接到功率放大器（ZHL-4W-422+，Mini-Circuits，美国）、循环器（D3） 1719-N，Sodhy，法国），一个两路耦合器（CD D 1824-2，− 30 dB，Sodhy，法国）和一个四路功率分配器（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）允许连续测量和监控设备内的入射功率和反射功率。每个输出连接到环形天线（Sama-Sistemi srl；Roma），使动物头部部分暴露。环形天线由印刷电路组成，在绝缘环氧树脂基板上刻有两条金属线（介电常数 εr = 4.6）。在一端，该设备由一根 1 毫米宽的电线组成，形成一个靠近动物头部的环。与之前的研究26,62 一样，使用数值大鼠模型以数字方式确定比吸收率（SAR），时域有限差分 (FDTD) 方法63,64,65。还使用 Luxtron 探针测量温升，在均质大鼠模型中对它们进行了实验确定。在这种情况下，SAR（以 W/kg 为单位）使用以下公式计算：SAR = C ΔT/Δt，其中 C 是热容量，单位为 J/(kg K)，ΔT 单位为 °K 和 Δt 温度变化，时间单位为秒。将数值确定的 SAR 值与实验 SAR 值进行比较使用均质模型获得，特别是在等效的大鼠大脑区域中。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大脑中的SAR分布，这与我们研究中使用的大鼠的体重和大小方面的分布相匹配。大脑平均SAR为0.37±0.23W/kg（平均值±SD）。SAR值在环形天线正下方的皮质区域中最高。ACx（SARACx）中的局部SAR为0.50±0.08W/kg（平均值±SD）（图2a）。 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ACx或其他皮质区域的实际SAR预计在一只暴露的动物和另一只动物之间非常相似。
暴露结束时，给动物补充额外剂量的氯胺酮（20 mg/kg，腹腔注射）和赛拉嗪（4 mg/kg，腹腔注射），直至捏紧后爪后观察不到反射运动。将局部麻醉剂（Xylocain 2%）皮下注射到头骨上方的皮肤和颞肌中，并将动物放置在无金属加热系统上。将动物放置在立体定位框架中后，在左侧颞皮质上进行开颅手术。正如我们之前的研究66一样，从顶骨和颞骨的交界处开始，开口宽9毫米，高5毫米。在双眼控制下小心地切除ACx上方的硬脑膜，而不损坏血管。手术结束时，用牙科丙烯酸水泥构建底座，用于在记录过程中无创伤地固定动物头部。将支撑动物的立体定位框架放置在声学衰减室中（IAC，型号 AC1）。
数据从 20 只大鼠的初级听觉皮层的多单元记录中获得，其中包括 10 只用 LPS 预处理的动物。细胞外记录从 16 个钨电极阵列（TDT，直径：33 µm，< 1 MΩ）获得，该阵列由两排 8 个电极组成，间隔 1000 µm（同一排电极之间为 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 ACx 的估计位置为前囟后 4-7 mm，颞上缝腹侧 3 mm。原始信号放大 10,000 倍（TDT Medusa），然后由多通道数据采集系统（RX5、TDT）处理。从每个电极收集的信号经过过滤（610-10,000 Hz）以提取多单元活动（MUA）。为每个电极仔细设置触发水平（由对暴露或假暴露状态不知情的合著者）从信号中选择最大的动作电位。波形的在线和离线检查表明，这里收集的MUA由电极附近3至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，以便在实验中执行时，两排八个电极可以对神经元进行从低频到高频响应的采样。喙方向。
在 Matlab 中生成声学刺激，传输到基于 RP2.1 的声音传输系统 (TDT) 并发送到 Fostex 扬声器 (FE87E)。扬声器放置在距大鼠右耳 2 厘米的位置，在该距离扬声器产生 140 Hz 至 36 kHz 之间的平坦频谱 (± 3 dB)。使用 Bruel 记录的噪声和纯音进行扬声器校准和 Kjaer 麦克风 4133 耦合到前置放大器 B&K 2169 和数字录音机 Marantz PMD671。频谱时间感受野 (STRF) 使用 97 个伽玛音频率确定，涵盖 8 (0.14–36 kHz) 八度音阶，以 4.15 Hz 75 dB SPL 的随机顺序呈现。频率响应区域 (FRA) 使用相同的音调集和以 2 Hz 的随机顺序呈现，声压级为 75 至 5 dB。每个频率在每个强度下呈现八次。
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，大鼠发声很少在 ACx 中引起强烈反应，而异种移植特异性（例如鸣禽或豚鼠发声）通常会引起整个音调图。因此，我们测试了豚鼠中皮层对发声的反应（36 中使用的口哨与 1 s 的刺激相连，提出25 次）。

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