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La creciente demanda de comunicaciones de telefonía móvil ha propiciado el surgimiento continuo de tecnologías inalámbricas (G), las cuales pueden tener diversos impactos en los sistemas biológicos. Para comprobarlo, expusimos ratas a un campo electromagnético (CEM) LTE 4G de 1800 MHz durante 2 horas, aplicando una única exposición en la cabeza. Posteriormente, evaluamos el efecto de la neuroinflamación aguda inducida por lipopolisacáridos sobre la cobertura espacial de la microglia y la actividad neuronal electrofisiológica en la corteza auditiva primaria (CA). La tasa de absorción específica (SAR) promedio en la CA es de 0,5 W/kg. Los registros multiunitarios muestran que el CEM LTE provoca una reducción en la intensidad de la respuesta a tonos puros y vocalizaciones naturales, a la vez que aumenta el umbral acústico para frecuencias bajas y medias. La inmunohistoquímica de Iba1 no mostró cambios en el área cubierta por los cuerpos y prolongaciones de la microglia. En ratas sanas, la misma exposición a LTE no indujo cambios en la intensidad de la respuesta ni en los umbrales acústicos. Nuestros datos demuestran que la neuroinflamación aguda sensibiliza neuronas a LTE-EMF, lo que resulta en un procesamiento alterado de estímulos acústicos en ACx.
El entorno electromagnético de la humanidad ha cambiado drásticamente en las últimas tres décadas debido a la continua expansión de las comunicaciones inalámbricas. Actualmente, más de dos tercios de la población son usuarios de telefonía móvil. La amplia difusión de esta tecnología ha generado preocupación y debate sobre los posibles efectos peligrosos de los campos electromagnéticos pulsados ​​(CEM) en el rango de radiofrecuencia (RF), emitidos por los teléfonos móviles o las estaciones base y que codifican las comunicaciones. Este problema de salud pública ha motivado numerosos estudios experimentales dedicados a investigar los efectos de la absorción de radiofrecuencia en los tejidos biológicos¹. Algunos de estos estudios han buscado cambios en la actividad de las redes neuronales y los procesos cognitivos, dada la proximidad del cerebro a las fuentes de RF debido al uso generalizado de la telefonía móvil. Muchos estudios publicados abordan los efectos de las señales moduladas por pulsos utilizadas en el sistema global para comunicaciones móviles de segunda generación (2G) o en los sistemas de acceso múltiple por división de código de banda ancha (WCDMA)/sistemas universales de telecomunicaciones móviles de tercera generación (3G UMTS)^2,3,4,5. Se sabe poco sobre los efectos de las señales de radiofrecuencia utilizadas en la cuarta generación (4G). Los servicios móviles de cuarta generación (4G) se basan en una tecnología de protocolo de internet totalmente digital llamada LTE (Long Term Evolution). Lanzado en 2011, se espera que el servicio LTE alcance los 6600 millones de suscriptores globales en enero de 2022 (GSMA: gsacom.com). A diferencia de los sistemas GSM (2G) y WCDMA (3G), basados ​​en modulación de portadora única, LTE utiliza la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) como formato de señal básico. A nivel mundial, los servicios móviles LTE utilizan diversas bandas de frecuencia entre 450 y 3700 MHz, incluyendo las bandas de 900 y 1800 MHz también utilizadas en GSM.
La capacidad de la exposición a radiofrecuencia (RF) para afectar los procesos biológicos está determinada en gran medida por la tasa de absorción específica (SAR), expresada en W/kg, que mide la energía absorbida por el tejido biológico. Recientemente se exploraron los efectos de una exposición aguda de 30 minutos de la cabeza a señales LTE de 2,573 GHz sobre la actividad de la red neuronal global en voluntarios humanos sanos. Mediante resonancia magnética funcional (RMf) en estado de reposo, se observó que la exposición a LTE puede inducir fluctuaciones espontáneas de baja frecuencia y alteraciones en la conectividad intra e interregional, mientras que los niveles máximos de SAR espacial, promediados en 10 g de tejido, se estimaron entre 0,42 y 1,52 W/kg, según los temas 7, 8 y 9. El análisis de electroencefalografía (EEG) bajo condiciones de exposición similares (30 minutos de duración, nivel máximo de SAR estimado de 1,34 W/kg utilizando un modelo representativo de cabeza humana) demostró una reducción de la potencia espectral y la coherencia hemisférica en las bandas alfa y beta. Sin embargo, otros dos estudios basados ​​en análisis de EEG encontraron que 20 o 30 minutos de exposición de la cabeza a LTE, con niveles máximos de SAR local establecidos en alrededor de 2 W/kg, no afectaron la actividad de la red neuronal global. La exposición a campos electromagnéticos (CEM) de W/kg no tuvo un efecto detectable¹¹ o provocó una disminución de la potencia espectral en la banda alfa, mientras que la función cognitiva no se modificó según la prueba de Stroop¹². También se observaron diferencias significativas en los resultados de estudios de EEG o cognitivos que analizaron específicamente los efectos de la exposición a CEM de GSM o UMTS. Se cree que estas diferencias se deben a variaciones en el diseño del método y los parámetros experimentales, como el tipo y la modulación de la señal, la intensidad y la duración de la exposición, o a la heterogeneidad de los sujetos humanos en cuanto a edad, anatomía o sexo.
Hasta la fecha, se han utilizado pocos estudios en animales para determinar cómo la exposición a la señalización LTE afecta la función cerebral. Recientemente se ha informado que la exposición sistémica de ratones en desarrollo desde la etapa embrionaria tardía hasta el destete (30 min/día, 5 días/semana, con una SAR corporal media de 0,5 o 1 W/kg) produjo alteraciones en el comportamiento motor y el apetito en la edad adulta¹⁴. Se observó que la exposición sistémica repetida (2 ha por día durante 6 semanas) en ratas adultas induce estrés oxidativo y reduce la amplitud de los potenciales evocados visuales obtenidos del nervio óptico, con una SAR máxima estimada de tan solo 10 mW/kg¹⁵.
Además del análisis a múltiples escalas, incluyendo los niveles celular y molecular, se pueden utilizar modelos de roedores para estudiar los efectos de la exposición a radiofrecuencia durante enfermedades, como se ha hecho anteriormente con los campos electromagnéticos GSM o WCDMA/3G UMTS en el contexto de la neuroinflamación aguda. Diversos estudios han demostrado los efectos en convulsiones, enfermedades neurodegenerativas y gliomas^{16,17,18,19,20}.
Los roedores inyectados con lipopolisacárido (LPS) constituyen un modelo preclínico clásico de respuestas neuroinflamatorias agudas asociadas a enfermedades infecciosas benignas causadas por virus o bacterias que afectan a la mayoría de la población cada año. Este estado inflamatorio conduce a una enfermedad reversible y a un síndrome conductual depresivo caracterizado por fiebre, pérdida de apetito y disminución de la interacción social. Los fagocitos residentes del SNC, como la microglia, son células efectoras clave de esta respuesta neuroinflamatoria. El tratamiento de roedores con LPS desencadena la activación de la microglia, caracterizada por la remodelación de su forma y procesos celulares, así como por cambios profundos en el perfil transcriptómico, incluyendo la sobreexpresión de genes que codifican citocinas o enzimas proinflamatorias, las cuales afectan a las redes neuronales (Actividades 22, 23, 24).
Al estudiar los efectos de una única exposición craneal de 2 horas a campos electromagnéticos GSM de 1800 MHz en ratas tratadas con LPS, encontramos que la señalización GSM desencadena respuestas celulares en la corteza cerebral, afectando la expresión génica, la fosforilación de receptores de glutamato, la actividad neuronal evocada por tonos puros y la morfología de la microglia en la corteza cerebral. Estos efectos no se detectaron en ratas sanas que recibieron la misma exposición a GSM, lo que sugiere que el estado neuroinflamatorio inducido por LPS sensibiliza las células del SNC a la señalización GSM. Centrándonos en la corteza auditiva (ACx) de ratas tratadas con LPS, donde la tasa de absorción específica (SAR) local promedio fue de 1,55 W/kg, observamos que la exposición a GSM resultó en un aumento en la longitud o ramificación de las prolongaciones microgliales y una disminución en las respuestas neuronales evocadas por tonos puros y estimulación natural.
En el presente estudio, nuestro objetivo fue examinar si la exposición exclusiva de la cabeza a señales LTE-1800 MHz también podría alterar la morfología microglial y la actividad neuronal en la ACx, reduciendo la potencia de exposición en dos tercios. Mostramos aquí que la señalización LTE no tuvo efecto sobre los procesos microgliales, pero aún así provocó una reducción significativa en la actividad cortical evocada por sonido en la ACx de ratas tratadas con LPS con un valor SAR de 0,5 W/kg.
Dada la evidencia previa de que la exposición a GSM-1800 MHz alteraba la morfología de la microglia en condiciones proinflamatorias, investigamos este efecto después de la exposición a la señalización LTE.
Se inyectó LPS a ratas adultas 24 horas antes de la exposición simulada (solo en la cabeza) o a LTE-1800 MHz. Tras la exposición, se establecieron respuestas neuroinflamatorias inducidas por LPS en la corteza cerebral, evidenciadas por la sobreexpresión de genes proinflamatorios y cambios en la morfología de la microglia cortical (Figura 1). La potencia expuesta por la cabeza con LTE se ajustó para obtener un nivel SAR promedio de 0,5 W/kg en la corteza auditiva (Figura 2). Para determinar si la microglia activada por LPS respondía al campo electromagnético (CEM) de LTE, se analizaron secciones corticales teñidas con anti-Iba1, que marca selectivamente estas células. Como se muestra en la Figura 3a, en las secciones de corteza auditiva fijadas entre 3 y 4 horas después de la exposición simulada o a LTE, la microglia presentaba una morfología celular notablemente similar, con una morfología celular densa inducida por el tratamiento proinflamatorio con LPS (Figura 1). En consonancia con la ausencia de respuestas morfológicas, el análisis cuantitativo de imágenes no reveló diferencias significativas en el área total (prueba t de Student para muestras independientes, p < 0,05). p = 0,308) o área (p = 0,196) y densidad (p = 0,061) de inmunorreactividad de Iba1 al comparar la exposición a cuerpos celulares teñidos con Iba 1 en ratas LTE versus animales expuestos simuladamente (Fig. 3b-d).
Efectos de la inyección intraperitoneal de LPS sobre la morfología de la microglia cortical. Vista representativa de la microglia en un corte coronal de la corteza cerebral (región dorsomedial) 24 horas después de la inyección intraperitoneal de LPS o vehículo (control). Las células se tiñeron con el anticuerpo anti-Iba1 como se describió previamente. El tratamiento proinflamatorio con LPS produjo cambios en la morfología de la microglia, incluyendo engrosamiento proximal y aumento de ramificaciones secundarias cortas en las prolongaciones celulares, lo que resultó en una apariencia densa. Barra de escala: 20 µm.
Análisis dosimétrico de la tasa de absorción específica (SAR) en el cerebro de ratas durante la exposición a LTE de 1800 MHz. Se utilizó un modelo heterogéneo previamente descrito de rata fantasma y antena de bucle⁶² para evaluar la SAR local en el cerebro, con una cuadrícula cúbica de 0,5 mm³. (a) Vista global de un modelo de rata en condiciones de exposición con una antena de bucle sobre la cabeza y una almohadilla térmica metálica (amarilla) debajo del cuerpo. (b) Distribución de los valores de SAR en el cerebro adulto con una resolución espacial de 0,5 mm³. El área delimitada por el contorno negro en la sección sagital corresponde a la corteza auditiva primaria, donde se analiza la actividad microglial y neuronal. La escala de colores de los valores de SAR se aplica a todas las simulaciones numéricas mostradas en la figura.
Microglía inyectada con LPS en la corteza auditiva de rata tras exposición a LTE o Sham. (a) Vista representativa de la microglía teñida con el anticuerpo anti-Iba1 en secciones coronales de la corteza auditiva de rata perfundida con LPS, de 3 a 4 horas después de la exposición a Sham o LTE (exposición). Barra de escala: 20 µm. (bd) Evaluación morfométrica de la microglía de 3 a 4 horas después de la exposición a Sham (puntos blancos) o LTE (expuestos, puntos negros). (b, c) Cobertura espacial (b) del marcador de microglía Iba1 y áreas de cuerpos celulares positivos para Iba1 (c). Los datos representan el área de tinción anti-Iba1 normalizada a la media de los animales expuestos a Sham. (d) Recuento de cuerpos celulares de microglía teñidos con anti-Iba1. Las diferencias entre los animales Sham (n = 5) y LTE (n = 6) no fueron significativas (p > 0,05, prueba t de Student para muestras independientes). La parte superior e inferior de En la caja, las líneas superior e inferior representan los percentiles 25-75 y 5-95, respectivamente. El valor medio está marcado en rojo en la caja.
La Tabla 1 resume el número de animales y los registros de múltiples unidades obtenidos en la corteza auditiva primaria de cuatro grupos de ratas (Control, Expuesto, Control-LPS, Expuesto-LPS). En los resultados que se presentan a continuación, se incluyen todos los registros que muestran un campo receptivo temporal espectral (CRTE) significativo, es decir, respuestas evocadas por tonos al menos 6 desviaciones estándar superiores a las tasas de disparo espontáneo (véase la Tabla 1). Aplicando este criterio, se seleccionaron 266 registros para el grupo Control, 273 registros para el grupo Expuesto, 299 registros para el grupo Control-LPS y 295 registros para el grupo Expuesto-LPS.
En los siguientes párrafos, describiremos primero los parámetros extraídos del campo receptivo espectrotemporal (es decir, la respuesta a tonos puros) y la respuesta a vocalizaciones específicas xenogénicas. A continuación, describiremos la cuantificación del área de respuesta en frecuencia obtenida para cada grupo. Dada la presencia de datos anidados³⁰ en nuestro diseño experimental, todos los análisis estadísticos se realizaron en función del número de posiciones en la matriz de electrodos (última fila de la Tabla 1), si bien todos los efectos que se describen a continuación también se basaron en el número de posiciones en cada grupo. Número total de registros multiunitarios recopilados (tercera fila de la Tabla 1).
La figura 4a muestra la distribución de frecuencia óptima (BF, que produce la respuesta máxima a 75 dB SPL) de las neuronas corticales obtenida en animales Sham y expuestos tratados con LPS. El rango de frecuencia de BF en ambos grupos se extendió de 1 kHz a 36 kHz. El análisis estadístico mostró que estas distribuciones eran similares (ji-cuadrado, p = 0,278), lo que sugiere que las comparaciones entre los dos grupos podrían realizarse sin sesgo de muestreo.
Efectos de la exposición a LTE sobre parámetros cuantificados de respuestas corticales en animales tratados con LPS. (a) Distribución de BF en neuronas corticales de animales tratados con LPS expuestos a LTE (negro) y expuestos simuladamente a LTE (blanco). No se observaron diferencias entre las dos distribuciones. (bf) Efecto de la exposición a LTE sobre parámetros que cuantifican el campo receptivo temporal espectral (STRF). La intensidad de la respuesta se redujo significativamente (*p < 0,05, prueba t de Student para muestras independientes) tanto en el STRF (intensidad total de la respuesta) como en las frecuencias óptimas (b, c). Duración de la respuesta, ancho de banda de la respuesta y constante de ancho de banda (df). Tanto la intensidad como la fiabilidad temporal de las respuestas a las vocalizaciones se redujeron (g, h). La actividad espontánea no se redujo significativamente (i). (*p < 0,05, prueba t de Student para muestras independientes). (j, k) Efectos de la exposición a LTE sobre los umbrales corticales. Los umbrales medios fueron significativamente mayores en ratas expuestas a LTE en comparación con las expuestas simuladamente. ratas. Este efecto es más pronunciado en las frecuencias bajas y medias.
Las figuras 4b-f muestran la distribución de parámetros derivados del STRF para estos animales (las medias se indican con líneas rojas). Los efectos de la exposición a LTE en los animales tratados con LPS parecieron indicar una disminución de la excitabilidad neuronal. En primer lugar, la intensidad y la frecuencia de las respuestas fueron significativamente menores en el grupo BF en comparación con el grupo Sham-LPS (Fig. 4b,c; prueba t de Student para muestras independientes, p = 0,0017 y p = 0,0445). Asimismo, las respuestas a los sonidos de comunicación disminuyeron tanto en intensidad como en fiabilidad interensayo (Fig. 4g,h; prueba t de Student para muestras independientes, p = 0,043). La actividad espontánea se redujo, pero este efecto no fue significativo (Fig. 4i; p = 0,0745). La duración de la respuesta, el ancho de banda de sintonización y la latencia de respuesta no se vieron afectados por la exposición a LTE en los animales tratados con LPS (Fig. 4d-f), lo que indica que la selectividad de frecuencia y la precisión del inicio de las respuestas no se vieron afectadas por la exposición a LTE en estos animales. animales.
A continuación, evaluamos si la exposición a LTE alteraba los umbrales corticales de tonos puros. A partir del área de respuesta en frecuencia (FRA) obtenida de cada registro, determinamos los umbrales auditivos para cada frecuencia y calculamos el promedio de estos umbrales para ambos grupos de animales. La figura 4j muestra los umbrales medios (± error estándar de la media) de 1,1 a 36 kHz en ratas tratadas con LPS. La comparación de los umbrales auditivos de los grupos Sham y Expuestos mostró un aumento sustancial en los umbrales de los animales expuestos en comparación con los animales Sham (Fig. 4j), un efecto más pronunciado en las frecuencias bajas y medias. Más precisamente, en las frecuencias bajas (< 2,25 kHz), la proporción de neuronas A1 con umbral alto aumentó, mientras que la proporción de neuronas con umbral bajo y medio disminuyó (χ² = 43,85; p < 0,0001; Fig. 4k, figura izquierda). Se observó el mismo efecto en frecuencias medias (2,25 < Freq(kHz) < 11): una mayor proporción de registros corticales con umbrales intermedios y una menor proporción de neuronas con umbrales bajos en comparación con el grupo no expuesto (χ² = 71,17; p < 0,001; Figura 4k, panel central). También se observó una diferencia significativa en el umbral para las neuronas de alta frecuencia (≥ 11 kHz, p = 0,0059); la proporción de neuronas con umbral bajo disminuyó y la proporción con umbral medio-alto aumentó (χ² = 10,853; p = 0,04; Figura 4k, panel derecho).
La figura 5a muestra la distribución de frecuencia óptima (BF, que provoca la respuesta máxima a 75 dB SPL) de las neuronas corticales obtenidas en animales sanos para los grupos Sham y Expuesto. El análisis estadístico mostró que las dos distribuciones eran similares (chi-cuadrado, p = 0,157), lo que sugiere que se podrían realizar comparaciones entre los dos grupos sin sesgo de muestreo.
Efectos de la exposición a LTE sobre parámetros cuantificados de respuestas corticales en animales sanos. (a) Distribución de la frecuencia característica (FC) en neuronas corticales de animales sanos expuestos a LTE (azul oscuro) y sometidos a una exposición simulada a LTE (azul claro). No se observaron diferencias entre ambas distribuciones. (bf) Efecto de la exposición a LTE sobre parámetros que cuantifican el campo receptivo temporal espectral (CRTE). No se observaron cambios significativos en la intensidad de la respuesta en todo el CRTE ni en las frecuencias óptimas (b, c). Se observó un ligero aumento en la duración de la respuesta (d), pero no cambios en el ancho de banda ni en la frecuencia de corte (e, f). Ni la intensidad ni la fiabilidad temporal de las respuestas a las vocalizaciones se vieron afectadas (g, h). No se observaron cambios significativos en la actividad espontánea (i). (*p < 0,05, prueba t de Student para muestras independientes). (j, k) Efectos de la exposición a LTE sobre los umbrales corticales. En promedio, los umbrales no se modificaron significativamente en ratas expuestas a LTE en comparación con las ratas sometidas a una exposición simulada, pero los umbrales de frecuencia más alta fueron ligeramente inferiores en los animales expuestos.
Las figuras 5b-f muestran diagramas de caja que representan la distribución y la media (línea roja) de los parámetros derivados de los dos conjuntos de STRF. En animales sanos, la exposición a LTE tuvo poco efecto sobre el valor medio de los parámetros STRF. En comparación con el grupo control (cajas azul claro frente a azul oscuro para el grupo expuesto), la exposición a LTE no alteró ni la intensidad total de la respuesta ni la respuesta de BF (Fig. 5b,c; prueba t de Student para muestras independientes, p = 0,2176 y p = 0,8696, respectivamente). Tampoco se observó efecto sobre el ancho de banda espectral ni la latencia (p = 0,6764 y p = 0,7129, respectivamente), pero sí un aumento significativo en la duración de la respuesta (p = 0,047). Asimismo, no se observó efecto sobre la intensidad de las respuestas de vocalización (Fig. 5g, p = 0,4375), la fiabilidad interensayo de estas respuestas (Fig. 5h, p = 0,3412) ni la actividad espontánea (Fig. 5b, p = 0,047). 5).5i; p = 0,3256).
La figura 5j muestra los umbrales medios (± error estándar de la media) de 1,1 a 36 kHz en ratas sanas. No se observó una diferencia significativa entre las ratas del grupo control y las expuestas, excepto por un umbral ligeramente inferior en los animales expuestos a altas frecuencias (11-36 kHz) (prueba t de Student para muestras independientes, p = 0,0083). Este efecto refleja que, en los animales expuestos, en este rango de frecuencias (χ² = 18,312, p = 0,001; Fig. 5k), había ligeramente más neuronas con umbrales bajos y medios (y menos con umbrales altos).
En conclusión, cuando animales sanos fueron expuestos a LTE, no se observó ningún efecto en la intensidad de la respuesta a tonos puros y sonidos complejos como las vocalizaciones. Además, en animales sanos, los umbrales auditivos corticales fueron similares entre los animales expuestos y los del grupo control, mientras que en los animales tratados con LPS, la exposición a LTE produjo un aumento sustancial en los umbrales corticales, especialmente en el rango de frecuencias bajas y medias.
Nuestro estudio demostró que, en ratas macho adultas con neuroinflamación aguda, la exposición a LTE-1800 MHz con una SARACx local de 0,5 W/kg (véase Métodos) produjo una reducción significativa en la intensidad de las respuestas evocadas por el sonido en los registros primarios de comunicación. Estos cambios en la actividad neuronal se observaron sin ninguna alteración aparente en la extensión del dominio espacial cubierto por las prolongaciones microgliales. Este efecto de LTE sobre la intensidad de las respuestas corticales evocadas no se observó en ratas sanas. Dada la similitud en la distribución óptima de frecuencia entre las unidades de registro en animales expuestos a LTE y en animales control, las diferencias en la reactividad neuronal pueden atribuirse a efectos biológicos de las señales LTE, más que a un sesgo de muestreo (Fig. 4a). Además, la ausencia de cambios en la latencia de respuesta y el ancho de banda de sintonización espectral en las ratas expuestas a LTE sugiere que, muy probablemente, estos registros se obtuvieron de las mismas capas corticales, ubicadas en la ACx primaria, y no en regiones secundarias.
Hasta donde sabemos, el efecto de la señalización LTE en las respuestas neuronales no se había descrito previamente. Sin embargo, estudios anteriores han documentado la capacidad de la radiación GSM de 1800 MHz o de onda continua (OC) de 1800 MHz para alterar la excitabilidad neuronal, aunque con diferencias significativas según el enfoque experimental. Poco después de la exposición a OC de 1800 MHz con una tasa de absorción específica (SAR) de 8,2 W/kg, los registros de ganglios de caracol mostraron una disminución en los umbrales para desencadenar potenciales de acción y modulación neuronal. Por otro lado, la actividad de potenciales de acción y descargas en ráfagas en cultivos neuronales primarios derivados de cerebro de rata se redujo tras la exposición a GSM de 1800 MHz o OC de 1800 MHz durante 15 minutos con una SAR de 4,6 W/kg. Esta inhibición solo fue parcialmente reversible a los 30 minutos de exposición. Se logró el silenciamiento completo de las neuronas con una SAR de 9,2 W/kg. El análisis de dosis-respuesta mostró que la GSM de 1800 MHz fue más efectiva que la OC. La señal CW de 1800 MHz suprime la actividad de ráfaga, lo que sugiere que las respuestas neuronales dependen de la modulación de la señal de RF.
En nuestro estudio, las respuestas corticales evocadas se registraron in vivo entre 3 y 6 horas después de finalizar la exposición de 2 horas solo a la cabeza. En un estudio previo, investigamos el efecto de GSM-1800 MHz a una potencia SARACx de 1,55 W/kg y no encontramos ningún efecto significativo en las respuestas corticales evocadas por el sonido en ratas sanas. En este estudio, el único efecto significativo evocado en ratas sanas por la exposición a LTE-1800 a 0,5 W/kg SARACx fue un ligero aumento en la duración de la respuesta tras la presentación de tonos puros. Este efecto es difícil de explicar porque no se acompaña de un aumento en la intensidad de la respuesta, lo que sugiere que esta mayor duración de la respuesta se produce con el mismo número total de potenciales de acción generados por las neuronas corticales. Una posible explicación es que la exposición a LTE reduzca la actividad de algunas interneuronas inhibitorias, ya que se ha documentado que en la ACx primaria la inhibición anterógrada controla la duración de las respuestas de las células piramidales desencadenadas por la entrada talámica excitatoria.^33,34,35 36, 37.
En contraste, en ratas sometidas a neuroinflamación inducida por LPS, la exposición a LTE no afectó la duración de la actividad neuronal evocada por el sonido, pero sí se detectaron efectos significativos en la intensidad de las respuestas evocadas. De hecho, en comparación con las respuestas neuronales registradas en ratas control (sin exposición a LPS), las neuronas de ratas tratadas con LPS y expuestas a LTE mostraron una reducción en la intensidad de sus respuestas, un efecto observado tanto al presentar tonos puros como vocalizaciones naturales. La reducción en la intensidad de la respuesta a los tonos puros se produjo sin una disminución del ancho de banda de sintonización espectral de 75 dB, y dado que ocurrió en todas las intensidades de sonido, resultó en un aumento de los umbrales acústicos de las neuronas corticales en frecuencias bajas y medias.
La reducción en la intensidad de la respuesta evocada indicó que el efecto de la señalización LTE a una potencia SARACx de 0,5 W/kg en animales tratados con LPS fue similar al de la señalización GSM-1800 MHz aplicada a una potencia SARACx tres veces mayor (1,55 W/kg)²⁸. Al igual que con la señalización GSM, la exposición de la cabeza a LTE-1800 MHz podría reducir la excitabilidad neuronal en las neuronas ACx de ratas sometidas a neuroinflamación inducida por LPS. En consonancia con esta hipótesis, también observamos una tendencia a la disminución de la fiabilidad de los ensayos de las respuestas neuronales a la vocalización (Fig. 4h) y una disminución de la actividad espontánea (Fig. 4i). Sin embargo, ha sido difícil determinar in vivo si la señalización LTE reduce la excitabilidad intrínseca neuronal o la entrada sináptica, controlando así las respuestas neuronales en la ACx.
En primer lugar, estas respuestas más débiles podrían deberse a la excitabilidad intrínsecamente reducida de las células corticales tras la exposición a LTE de 1800 MHz. En apoyo de esta idea, la aplicación directa de GSM-1800 MHz y 1800 MHz-CW a cultivos primarios de neuronas corticales de rata con niveles de SAR de 3,2 W/kg y 4,6 W/kg, respectivamente, redujo la actividad de ráfagas, aunque se requirió un nivel de SAR umbral para reducir significativamente dicha actividad. Como evidencia de una excitabilidad intrínseca reducida, también observamos tasas de disparo espontáneo más bajas en los animales expuestos que en los animales del grupo control.
En segundo lugar, la exposición a LTE también puede afectar la transmisión sináptica desde las sinapsis tálamo-corticales o córtico-corticales. Numerosos estudios demuestran que, en la corteza auditiva, la amplitud de la sintonización espectral no está determinada únicamente por las proyecciones talámicas aferentes, sino que las conexiones intracorticales aportan información espectral adicional a las regiones corticales^39,40. En nuestros experimentos, el hecho de que la STRF cortical mostrara anchos de banda similares en los animales expuestos y en los del grupo control sugiere indirectamente que los efectos de la exposición a LTE no afectaron la conectividad córtico-cortical. Esto también sugiere que una mayor conectividad en otras regiones corticales expuestas a SAR, en comparación con la medida en ACx (Fig. 2), podría no ser la responsable de las respuestas alteradas aquí reportadas.
En este caso, una mayor proporción de registros corticales expuestos a LPS mostraron umbrales elevados en comparación con los animales expuestos a LPS simulado. Dado que se ha propuesto que el umbral acústico cortical está controlado principalmente por la fuerza de la sinapsis tálamo-cortical39,40, se puede sospechar que la transmisión tálamo-cortical se reduce parcialmente por la exposición, ya sea a nivel presináptico (liberación reducida de glutamato) o postsináptico (número o afinidad reducidos de receptores).
De forma similar a los efectos de GSM-1800 MHz, las respuestas neuronales alteradas inducidas por LTE se produjeron en el contexto de la neuroinflamación desencadenada por LPS, caracterizada por respuestas microgliales. La evidencia actual sugiere que la microglia influye notablemente en la actividad de las redes neuronales en cerebros normales y patológicos^41,42,43. Su capacidad para modular la neurotransmisión depende no solo de la producción de compuestos que pueden limitarla o inhibirla, sino también de la alta motilidad de sus prolongaciones celulares. En la corteza cerebral, tanto el aumento como la disminución de la actividad de las redes neuronales desencadenan una rápida expansión del dominio espacial de la microglia debido al crecimiento de sus prolongaciones^44,45. En particular, las protrusiones microgliales se reclutan cerca de las sinapsis talamocorticales activadas y pueden inhibir la actividad de las sinapsis excitatorias mediante mecanismos que implican la producción local de adenosina mediada por la microglia.
En ratas tratadas con LPS y sometidas a GSM-1800 MHz con SARACx a 1,55 W/kg, se observó una disminución de la actividad de las neuronas ACx junto con el crecimiento de prolongaciones microgliales, caracterizadas por áreas significativamente teñidas con Iba1 en ACx28 Increase. Esta observación sugiere que la remodelación microglial desencadenada por la exposición a GSM puede contribuir activamente a la reducción, inducida por GSM, de las respuestas neuronales evocadas por el sonido. Nuestro estudio actual refuta esta hipótesis en el contexto de la exposición de la cabeza a LTE con SARACx limitada a 0,5 W/kg, ya que no encontramos un aumento en el dominio espacial cubierto por las prolongaciones microgliales. Sin embargo, esto no descarta ningún efecto de la señalización de LTE sobre la microglia activada por LPS, lo que a su vez podría afectar la actividad neuronal. Se requieren estudios adicionales para responder a esta pregunta y determinar los mecanismos por los cuales la neuroinflamación aguda altera las respuestas neuronales a la señalización de LTE.
Hasta donde sabemos, el efecto de las señales LTE en el procesamiento auditivo no se ha estudiado previamente. Nuestros estudios anteriores^26,28 y el presente estudio demostraron que, en un contexto de inflamación aguda, la exposición de la cabeza a GSM-1800 MHz o LTE-1800 MHz produjo alteraciones funcionales en las respuestas neuronales de la corteza auditiva (ACx), evidenciadas por el aumento del umbral auditivo. Por al menos dos razones principales, la función coclear no debería verse afectada por nuestra exposición a LTE. Primero, como se muestra en el estudio de dosimetría de la Figura 2, los niveles más altos de SAR (cercanos a 1 W/kg) se localizan en la corteza dorsomedial (debajo de la antena) y disminuyen sustancialmente hacia la parte ventral de la cabeza. Se estima que el SAR es de aproximadamente 0,1 W/kg a la altura del pabellón auricular de la rata (debajo del conducto auditivo externo). Segundo, cuando se expusieron orejas de cobaya durante 2 meses a GSM 900 MHz (5 días/semana, 1 hora/día), el SAR se situó entre 1 y 4 W/kg), no se detectaron cambios en la magnitud de los umbrales otoacústicos de emisión y respuestas auditivas del tronco encefálico del producto de distorsión 47. Además, la exposición repetida de la cabeza a GSM de 900 o 1800 MHz con una SAR local de 2 W/kg no afectó la función de las células ciliadas externas de la cóclea en ratas sanas48,49. Estos resultados se hacen eco de los datos obtenidos en humanos, donde las investigaciones han demostrado que la exposición de 10 a 30 minutos a CEM de teléfonos celulares GSM no tiene un efecto consistente en el procesamiento auditivo evaluado a nivel coclear50,51,52 o del tronco encefálico53,54.
En nuestro estudio, se observaron cambios en la actividad neuronal inducidos por LTE in vivo entre 3 y 6 horas después de finalizar la exposición. En un estudio previo sobre la corteza dorsomedial, varios efectos inducidos por GSM-1800 MHz, observados 24 horas después de la exposición, ya no eran detectables 72 horas después. Este es el caso de la expansión de las prolongaciones microgliales, la disminución de la expresión del gen IL-1β y la modificación postraduccional de los receptores AMPA. Dado que la corteza auditiva tiene un valor SAR menor (0,5 W/kg) que la región dorsomedial (2,94 W/kg²⁶), los cambios en la actividad neuronal aquí descritos parecen ser transitorios.
Nuestros datos deben tener en cuenta los límites SAR establecidos y las estimaciones de los valores SAR reales alcanzados en la corteza cerebral de los usuarios de teléfonos móviles. Las normas actuales utilizadas para proteger al público establecen el límite SAR en 2 W/kg para la exposición localizada de la cabeza o el torso a radiofrecuencias en el rango de RF de 100 kHz y 6 GHz.
Se han realizado simulaciones de dosis utilizando diferentes modelos de cabeza humana para determinar la absorción de potencia de radiofrecuencia (RF) en distintos tejidos de la cabeza durante la comunicación general o mediante teléfono móvil. Además de la diversidad de modelos de cabeza humana, estas simulaciones ponen de manifiesto diferencias o incertidumbres significativas en la estimación de la energía absorbida por el cerebro en función de parámetros anatómicos o histológicos como la forma externa o interna del cráneo, su grosor o su contenido de agua. Los distintos tejidos de la cabeza varían ampliamente según la edad, el sexo o las características individuales^56,57,58. Asimismo, las características del teléfono móvil, como la ubicación interna de la antena y su posición con respecto a la cabeza del usuario, influyen notablemente en el nivel y la distribución de los valores de SAR en la corteza cerebral^59,60. Sin embargo, considerando las distribuciones de SAR reportadas en la corteza cerebral humana, establecidas a partir de modelos de teléfonos móviles que emiten radiofrecuencias en el rango de 1800 MHz^58,59,60, parece que los niveles de SAR alcanzados en la corteza auditiva humana aún no alcanzan la mitad de los niveles de SAR en la corteza cerebral humana. corteza.Nuestro estudio (SARACx 0,5 W/kg).Por lo tanto, nuestros datos no desafían los límites actuales de los valores SAR aplicables al público.
En conclusión, nuestro estudio demuestra que una única exposición craneal a LTE-1800 MHz interfiere con las respuestas neuronales de las neuronas corticales a los estímulos sensoriales. En consonancia con caracterizaciones previas de los efectos de la señalización GSM, nuestros resultados sugieren que los efectos de la señalización LTE sobre la actividad neuronal varían según el estado de salud. La neuroinflamación aguda sensibiliza las neuronas a LTE-1800 MHz, lo que altera el procesamiento cortical de los estímulos auditivos.
Se recopilaron datos de la corteza cerebral de 31 ratas Wistar macho adultas, obtenidas en el laboratorio Janvier, a los 55 días de edad. Las ratas se mantuvieron en una instalación con humedad (50-55%) y temperatura (22-24 °C) controladas, con un ciclo de luz/oscuridad de 12 h/12 ​​h (luces encendidas a las 7:30 h) y libre acceso a alimento y agua. Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las directrices establecidas por la Directiva 2010/63/UE del Consejo de las Comunidades Europeas, similares a las descritas en las Directrices de la Sociedad de Neurociencia para el Uso de Animales en la Investigación Neurocientífica. Este protocolo fue aprobado por el Comité de Ética Paris-Sud y Centro (CEEA n.º 59, Proyecto 2014-25, Protocolo Nacional 03729.02) utilizando procedimientos validados por dicho comité (n.º 32-2011 y 34-2012).
Los animales fueron habituados a las cámaras de la colonia durante al menos 1 semana antes del tratamiento con LPS y la exposición (o exposición simulada) a LTE-EMF.
Veintidós ratas fueron inyectadas intraperitonealmente (ip) con LPS de E. coli (250 µg/kg, serotipo 0127:B8, SIGMA) diluido con solución salina isotónica estéril libre de endotoxinas 24 horas antes de la exposición LTE o simulada (n por grupo). En ratas Wistar macho de dos meses de edad, este tratamiento con LPS produce una respuesta neuroinflamatoria marcada en la corteza cerebral por la sobreexpresión de varios genes proinflamatorios (factor de necrosis tumoral alfa, interleucina 1β, CCL2, NOX2 y NOS2) 24 horas después de la inyección de LPS, incluyendo un aumento de 4 y 12 veces en los niveles de transcritos que codifican la enzima NOX2 y la interleucina 1β, respectivamente. A las 24 horas, la microglia cortical mostró la morfología celular densa típica esperada por la activación proinflamatoria celular inducida por LPS (Figura 1), a diferencia de la activación inducida por LPS en otros casos. La activación proinflamatoria celular corresponde a 24, 61.
La exposición exclusiva de la cabeza a campos electromagnéticos LTE se realizó utilizando el montaje experimental empleado previamente para evaluar el efecto de los campos electromagnéticos GSM26. La exposición a LTE se realizó 24 horas después de la inyección de LPS (11 animales) o sin tratamiento con LPS (5 animales). Los animales fueron anestesiados ligeramente con ketamina/xilazina (ketamina 80 mg/kg, ip; xilazina 10 mg/kg, ip) antes de la exposición para evitar movimientos y asegurar que su cabeza se encontrara dentro de la antena de bucle que emitía la señal LTE (ubicación reproducible más abajo). La mitad de las ratas de la misma jaula sirvieron como controles (11 animales sometidos a una exposición simulada, de un total de 22 ratas pretratadas con LPS): se colocaron bajo la antena de bucle y la energía de la señal LTE se ajustó a cero. Los pesos de los animales expuestos y los sometidos a la exposición simulada fueron similares (p = 0,558, prueba t de Student para muestras independientes, ns). Todos los animales anestesiados se colocaron sobre una almohadilla térmica libre de metales para mantener su temperatura corporal. La temperatura se mantuvo alrededor de 37 °C durante todo el experimento. Al igual que en los experimentos anteriores, el tiempo de exposición se estableció en 2 horas. Después de la exposición, se colocó al animal sobre otra almohadilla térmica en el quirófano. El mismo procedimiento de exposición se aplicó a 10 ratas sanas (no tratadas con LPS), la mitad de las cuales fueron sometidas a una exposición simulada desde la misma jaula (p = 0,694).
El sistema de exposición fue similar a los sistemas 25 y 62 descritos en estudios previos, con la diferencia de que el generador de radiofrecuencia se sustituyó por uno que generaba campos electromagnéticos LTE en lugar de GSM. Brevemente, un generador de RF (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Alemania) que emitía un campo electromagnético LTE de 1800 MHz se conectó a un amplificador de potencia (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, EE. UU.), un circulador (D3 1719-N, Sodhy, Francia), un acoplador bidireccional (CD D 1824-2, −30 dB, Sodhy, Francia) y un divisor de potencia de cuatro vías (DC D 0922-4N, Sodhy, Francia), lo que permitió la exposición simultánea de cuatro animales. Un medidor de potencia (N1921A, Agilent, EE. UU.) conectado a un acoplador bidireccional permitió la medición y el monitoreo continuos de la potencia incidente y reflejada dentro del dispositivo. Cada salida se conectó a una antena de bucle. (Sama-Sistemi srl; Roma), lo que permite la exposición parcial de la cabeza del animal. La antena de bucle consiste en un circuito impreso con dos líneas metálicas (constante dieléctrica εr = 4,6) grabadas sobre un sustrato de epoxi aislante. En un extremo, el dispositivo consta de un alambre de 1 mm de ancho que forma un anillo colocado cerca de la cabeza del animal. Como en estudios previos^26,62, la tasa de absorción específica (SAR) se determinó numéricamente utilizando un modelo numérico de rata y el método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD)^63,64,65. También se determinó experimentalmente en un modelo de rata homogéneo utilizando sondas Luxtron para medir el aumento de temperatura. En este caso, la SAR en W/kg se calcula mediante la fórmula: SAR = C ΔT/Δt, donde C es la capacidad calorífica en J/(kg K), ΔT en °K y Δt el cambio de temperatura y el tiempo en segundos. Los valores de SAR determinados numéricamente se compararon con los valores de SAR experimentales obtenidos utilizando un modelo homogéneo, especialmente en ratas equivalentes. regiones cerebrales. La diferencia entre las mediciones numéricas de SAR y los valores de SAR detectados experimentalmente es inferior al 30%.
La figura 2a muestra la distribución de la SAR en el cerebro de la rata modelo, la cual coincide con la distribución en términos de peso y tamaño corporal de las ratas utilizadas en nuestro estudio. La SAR media cerebral fue de 0,37 ± 0,23 W/kg (media ± DE). Los valores de SAR son más altos en el área cortical justo debajo de la antena de bucle. La SAR local en ACx (SARACx) fue de 0,50 ± 0,08 W/kg (media ± DE) (Fig. 2b). Dado que el peso corporal de las ratas expuestas es homogéneo y las diferencias en el grosor del tejido craneal son insignificantes, se espera que la SAR real de ACx u otras áreas corticales sea muy similar entre los distintos animales expuestos.
Al finalizar la exposición, se administraron dosis adicionales de ketamina (20 mg/kg, ip) y xilazina (4 mg/kg, ip) a los animales hasta que no se observaron movimientos reflejos tras pellizcar la pata trasera. Se inyectó anestesia local (Xylocaína al 2%) por vía subcutánea en la piel y el músculo temporal supracraneal, y los animales se colocaron sobre un sistema de calentamiento libre de metales. Tras colocar al animal en el marco estereotáxico, se realizó una craneotomía sobre la corteza temporal izquierda. Al igual que en nuestro estudio previo⁶⁶, partiendo de la unión de los huesos parietal y temporal, la abertura tuvo 9 mm de ancho y 5 mm de alto. La duramadre supracraneal se retiró cuidadosamente bajo control binocular sin dañar los vasos sanguíneos. Al finalizar el procedimiento, se construyó una base con cemento acrílico dental para la fijación atraumática de la cabeza del animal durante el registro. El marco estereotáxico que sostenía al animal se colocó en una cámara de atenuación acústica (CAA, modelo AC1).
Se obtuvieron datos de registros multiunitarios en la corteza auditiva primaria de 20 ratas, incluyendo 10 animales pretratados con LPS. Los registros extracelulares se obtuvieron mediante una matriz de 16 electrodos de tungsteno (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) compuesta por dos filas de 8 electrodos espaciados a 1000 µm (350 µm entre electrodos de la misma fila). Se insertó un alambre de plata (ø: 300 µm) para la conexión a tierra entre el hueso temporal y la duramadre contralateral. La ubicación estimada de la corteza auditiva primaria (ACx) se encuentra entre 4 y 7 mm posterior al bregma y 3 mm ventral a la sutura supratemporal. La señal original se amplificó 10 000 veces (TDT Medusa) y posteriormente se procesó mediante un sistema de adquisición de datos multicanal (RX5, TDT). Las señales recogidas de cada electrodo se filtraron (610–10 000 Hz). Para extraer la actividad multiunitaria (AMU), se ajustaron cuidadosamente los niveles de activación para cada electrodo (por coautores que desconocían el estado de exposición o control) con el fin de seleccionar el potencial de acción de mayor amplitud de la señal. La inspección en línea y fuera de línea de las formas de onda mostró que la AMU recopilada consistía en potenciales de acción generados por entre 3 y 6 neuronas cercanas a los electrodos. Al inicio de cada experimento, se estableció la posición de la matriz de electrodos de manera que dos filas de ocho electrodos pudieran registrar las respuestas neuronales, desde bajas hasta altas frecuencias, en orientación rostral.
Los estímulos acústicos se generaron en Matlab, se transmitieron a un sistema de emisión de sonido basado en RP2.1 (TDT) y se enviaron a un altavoz Fostex (FE87E). El altavoz se colocó a 2 cm de la oreja derecha de la rata, distancia a la cual producía un espectro de frecuencia plano (± 3 dB) entre 140 Hz y 36 kHz. La calibración del altavoz se realizó utilizando ruido y tonos puros grabados con un micrófono Bruel & Kjaer 4133 acoplado a un preamplificador B&K 2169 y una grabadora digital Marantz PMD671. El Campo Receptivo Espectral Temporal (STRF) se determinó utilizando 97 frecuencias de tonos gamma, que abarcan 8 octavas (0,14–36 kHz), presentadas en orden aleatorio a 75 dB SPL a 4,15 Hz. El Área de Respuesta en Frecuencia (FRA) se determinó utilizando el mismo conjunto de tonos y presentados en orden aleatorio a 2 Hz desde 75 dB hasta 5 dB. SPL. Cada frecuencia se presenta ocho veces a cada intensidad.
También se evaluaron las respuestas a estímulos naturales. En estudios previos, observamos que las vocalizaciones de ratas rara vez provocaban respuestas fuertes en la ACx, independientemente de la frecuencia óptima neuronal (BF), mientras que las específicas del xenoinjerto (por ejemplo, vocalizaciones de aves canoras o cobayas) típicamente activaban todo el mapa tonal. Por lo tanto, probamos las respuestas corticales a vocalizaciones en cobayas (el silbido utilizado en 36 se conectó a 1 s de estímulos, presentados 25 veces).

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