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La creciente demanda de comunicaciones por telefonía móvil ha dado lugar a la aparición continua de tecnologías inalámbricas (G), que pueden tener diferentes impactos en los sistemas biológicos. Para comprobarlo, expusimos ratas a una exposición única en la cabeza a un campo electromagnético (CEM) de evolución a largo plazo (LTE) 4G de 1800 MHz durante 2 horas. Posteriormente, evaluamos el efecto de la neuroinflamación aguda inducida por lipopolisacáridos sobre la cobertura espacial de la microglía y la actividad neuronal electrofisiológica en la corteza auditiva primaria (ACx). La SAR media en ACx es de 0,5 W/kg. Los registros multiunitarios muestran que el CEM LTE desencadena una reducción de 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 cuerpos y procesos microgliales. 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 los 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 se considera usuaria de teléfonos móviles (MP). La difusión a gran escala de esta tecnología ha suscitado inquietudes y debates sobre los efectos potencialmente peligrosos de los campos electromagnéticos pulsados ​​(CEM) en el rango de radiofrecuencia (RF), que son emitidos por MP o estaciones base y codifican las comunicaciones. Este problema de salud pública ha inspirado una serie de estudios experimentales dedicados a investigar los efectos de la absorción de radiofrecuencia en tejidos biológicos1. Algunos de estos estudios han buscado cambios en la actividad de la red neuronal y los procesos cognitivos, dada la proximidad del cerebro a las fuentes de RF bajo el uso generalizado de MP. Muchos estudios publicados abordan los efectos de las señales moduladas por pulsos utilizadas en el sistema global de segunda generación (2G) para comunicaciones móviles (GSM) o el acceso múltiple por división de código de banda ancha (WCDMA)/sistemas de telecomunicaciones móviles universales de tercera generación (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Se sabe poco sobre los efectos de las señales de radiofrecuencia utilizadas en cuarta servicios móviles de última generación (4G), que se basan en una tecnología de protocolo de Internet totalmente digital llamada tecnología de evolución a largo plazo (LTE). Lanzado en 2011, se espera que el servicio de teléfonos LTE llegue a 6.6 mil millones de suscriptores LTE globales en enero de 2022 (GSMA: //gsacom.com). En comparación con los sistemas GSM (2G) y WCDMA (3G) basados ​​en esquemas de modulación de portadora única, LTE utiliza multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) como formato de señal básico6. En todo el mundo, los servicios móviles LTE utilizan una gama de diferentes bandas de frecuencia entre 450 y 3700 MHz, incluidas las bandas de 900 y 1800 MHz también utilizadas en GSM.
La capacidad de la exposición a 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 en el tejido biológico. Recientemente se exploraron los efectos de la exposición aguda de la cabeza durante 30 minutos a señales LTE de 2,573 GHz sobre la actividad de la red neuronal global en voluntarios humanos sanos. Utilizando fMRI en estado de reposo, se observó que la exposición a LTE puede inducir fluctuaciones de frecuencia lentas espontáneas y alteraciones en la conectividad intra o interregional, mientras que se estimó que los niveles pico espaciales de SAR promediados en 10 g de tejido variaban entre 0,42 y 1,52 W/kg, según los temas 7, 8, 9. El análisis de EEG en condiciones de exposición similares (duración de 30 minutos, nivel pico estimado de SAR de 1,34 W/kg utilizando un modelo representativo de cabeza humana) demostró una potencia espectral reducida y 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 locales de SAR establecidos en alrededor de 2 Los W/kg no tuvieron ningún efecto detectable11 o dieron como resultado una disminución de la potencia espectral en la banda alfa, mientras que la cognición no cambió en la función evaluada con la prueba de Stroop12. También se encontraron diferencias significativas en los resultados del EEG o de los estudios cognitivos que analizaron específicamente los efectos de la exposición a los campos electromagnéticos GSM o UMTS. Se cree que surgen de variaciones en el diseño del método y de los parámetros experimentales, incluidos el tipo de señal y la modulación, la intensidad y la duración de la exposición, o de la heterogeneidad de los sujetos humanos con respecto a la edad, la anatomía o el género.
Hasta el momento, 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 un SAR corporal total medio de 0,5 o 1 W/kg) resultó en alteraciones del comportamiento motor y del apetito en la edad adulta 14. Se descubrió 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 un SAR máximo estimado de tan solo 10 mW/kg15.
Además del análisis a múltiples escalas, incluyendo los niveles celular y molecular, los modelos de roedores pueden utilizarse para estudiar los efectos de la exposición a radiofrecuencias 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 de las convulsiones, las enfermedades neurodegenerativas o los gliomas 16, 17, 18, 19, 20.
Los roedores inyectados con lipopolisacáridos (LPS) son un modelo preclínico clásico de respuestas neuroinflamatorias agudas asociadas con 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 un síndrome depresivo conductual caracterizado por fiebre, pérdida de apetito y reducción de la interacción social. Los fagocitos residentes del SNC, como la microglía, son células efectoras clave de esta respuesta neuroinflamatoria. El tratamiento de roedores con LPS desencadena la activación de la microglía caracterizada por la remodelación de su forma y procesos celulares y cambios profundos en el perfil del transcriptoma, incluida la regulación positiva de genes que codifican citocinas o enzimas proinflamatorias, que afectan a las redes neuronales Actividades 22, 23, 24.
Al estudiar los efectos de una única exposición de la cabeza durante 2 horas a los campos electromagnéticos GSM-1800 MHz en ratas tratadas con LPS, descubrimos que la señalización GSM desencadena respuestas celulares en la corteza cerebral, lo que afecta a la expresión genética, la fosforilación del receptor de glutamato, la activación neuronal metaevocada y la morfología de la microglía 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 desencadenado por LPS sensibiliza a las células del SNC a la señalización GSM. Al centrarnos en la corteza auditiva (ACx) de ratas tratadas con LPS, donde el SAR local fue en promedio de 1,55 W/kg, observamos que la exposición a GSM resultó en un aumento de la longitud o ramificación de los procesos microgliales y una disminución de las respuestas neuronales evocadas por tonos puros y .Estimulación natural 28.
En el estudio actual, nuestro objetivo fue examinar si la exposición de solo la cabeza a señales LTE-1800 MHz también podría alterar la morfología microglial y la actividad neuronal en ACx, reduciendo la potencia de la exposición en dos tercios. Aquí mostramos que la señalización LTE no tuvo efecto en los procesos microgliales, pero aún así desencadenó una reducción significativa en la actividad cortical evocada por el sonido en el 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 alteró la morfología microglial 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 de solo la cabeza o la exposición a LTE-1800 MHz. Tras la exposición, se establecieron respuestas neuroinflamatorias desencadenadas por LPS en la corteza cerebral, como lo demuestra la regulación positiva de genes proinflamatorios y los cambios en la morfología de la microglía cortical (Figura 1). La potencia expuesta por la cabeza LTE se ajustó para obtener un nivel promedio de SAR de 0,5 W/kg en ACx (Figura 2). Para determinar si la microglía activada por LPS respondía a los campos electromagnéticos de LTE, analizamos secciones corticales teñidas con anti-Iba1 que marcaba selectivamente estas células. Como se muestra en la Figura 3a, en secciones de ACx fijadas de 3 a 4 horas después de la exposición simulada o a LTE, la microglía se veía notablemente similar, mostrando una morfología celular densa provocada 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 no pareada, p = 0,308) o área (p = 0,196) y densidad (p = 0,061) de la inmunorreactividad de Iba1 al comparar la exposición a cuerpos celulares teñidos con Iba 1 en ratas LTE frente a animales expuestos simuladamente (Fig. 3b-d).
Efectos de la inyección intraperitoneal de LPS sobre la morfología de la microglía cortical. Vista representativa de la microglía en una sección coronal de la corteza cerebral (región dorsomedial) 24 horas después de la inyección intraperitoneal de LPS o vehículo (control). Las células se tiñeron con anticuerpo anti-Iba1 como se describió previamente. El tratamiento proinflamatorio con LPS resultó en cambios en la morfología de la microglía, incluyendo engrosamiento proximal y aumento de ramas secundarias cortas de procesos celulares, lo que resultó en una apariencia "densa". Barra de escala: 20 µm.
Análisis dosimétrico de la tasa de absorción específica (SAR) en cerebro de rata durante la exposición a LTE de 1800 MHz.Se utilizó un modelo heterogéneo descrito previamente 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 un entorno 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 codificada por colores de los valores de SAR se aplica a todas las simulaciones numéricas que se muestran en la figura.
Microglía inyectada con LPS en la corteza auditiva de rata tras la exposición a LTE o Sham. (a) Vista apilada representativa de la microglía teñida con 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 abiertos) o LTE (expuesto, 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 microgliales teñidos con anti-Iba1. Las diferencias entre los animales Sham (n = 5) y LTE (n = 6) no fueron significativas (p > 0,05, prueba t no pareada). La parte superior e inferior de En el cuadro, las líneas superior e inferior representan el percentil 25-75 y el percentil 5-95, respectivamente. El valor medio está marcado en rojo en el cuadro.
La Tabla 1 resume el número de animales y las grabaciones multiunitarias obtenidas en la corteza auditiva primaria de cuatro grupos de ratas (simulado, expuesto, simulado-LPS, expuesto-LPS). En los resultados a continuación, incluimos todas las grabaciones que exhiben un campo receptivo temporal espectral (STRF) significativo, es decir, respuestas evocadas por tonos al menos 6 desviaciones estándar más altas que las tasas de disparo espontáneo (ver Tabla 1). Aplicando este criterio, seleccionamos 266 registros para el grupo simulado, 273 registros para el grupo expuesto, 299 registros para el grupo simulado-LPS y 295 registros para el grupo expuesto-LPS.
En los siguientes párrafos, describiremos primero los parámetros extraídos del campo receptivo espectral-temporal (es decir, la respuesta a tonos puros) y la respuesta a vocalizaciones xenogénicas específicas. A continuación, describiremos la cuantificación del área de respuesta en frecuencia obtenida para cada grupo. Considerando la presencia de datos anidados en nuestro diseño experimental, todos los análisis estadísticos se realizaron con base en el número de posiciones en la matriz de electrodos (última fila de la Tabla 1), pero todos los efectos descritos a continuación también se basaron en el número de posiciones en cada grupo. Número total de grabaciones multiunitarias recopiladas (tercera fila de la Tabla 1).
La figura 4a muestra la distribución de frecuencia óptima (BF, que produce una respuesta máxima a 75 dB SPL) de las neuronas corticales obtenidas 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 (chi-cuadrado, p = 0,278), 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 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 hay diferencia entre ambas distribuciones. (bf) Efecto de la exposición a LTE sobre parámetros que cuantifican el campo receptivo temporal espectral (STRF). La intensidad de respuesta se redujo significativamente (*p < 0,05, prueba t no pareada) tanto en STRF (intensidad de respuesta total) como en las frecuencias óptimas (b, c). Duración de la respuesta, ancho de banda de respuesta y constante de ancho de banda (gl). 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 no pareada). (j, k) Efectos de la exposición a LTE sobre umbrales corticales. Los umbrales medios fueron significativamente más altos 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 los parámetros derivados de la 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 de la respuesta general y las respuestas fueron significativamente menores en los animales con BF en comparación con los animales con LPS simulado (Fig. 4b,c, prueba t no pareada, p = 0,0017; y p = 0,0445). Asimismo, las respuestas a los sonidos de comunicación disminuyeron tanto en la intensidad de la respuesta como en la fiabilidad interensayo (Fig. 4g,h; prueba t no pareada, 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 la 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 de las respuestas de inicio no se vieron afectadas por la exposición a LTE en los animales tratados con LPS. animales.
A continuación, evaluamos si los umbrales corticales de tono puro se alteraron por la exposición a LTE. A partir del área de respuesta de frecuencia (FRA) obtenida de cada registro, determinamos los umbrales auditivos para cada frecuencia y promediamos estos umbrales para ambos grupos de animales. La Figura 4j muestra los umbrales medios (± sem) de 1,1 a 36 kHz en ratas tratadas con LPS. La comparación de los umbrales auditivos de los grupos Sham y Exposed mostró un aumento sustancial en los umbrales en los animales expuestos en comparación con los animales Sham (Fig. 4j), un efecto que fue más pronunciado en las frecuencias bajas y medias. Más precisamente, a bajas frecuencias (<2,25 kHz), la proporción de neuronas A1 con umbral alto aumentó, mientras que la proporción de neuronas de umbral bajo y medio disminuyó (chi-cuadrado = 43,85; p <0,0001; Fig. 4k, Figura izquierda). El mismo efecto se observó en la frecuencia media (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 (Chi-cuadrado = 71,17; p < 0,001; Figura 4k, panel central). También hubo una diferencia significativa en el umbral para las neuronas de alta frecuencia (≥ 11 kHz, p = 0,0059); la proporción de neuronas de umbral bajo disminuyó y la proporción de neuronas de umbral medio-alto aumentó (Chi-cuadrado = 10,853; p = 0,04 Figura 4k, panel derecho).
La figura 5a muestra la distribución de frecuencia óptima (BF, que produce una respuesta máxima a 75 dB SPL) de las neuronas corticales obtenidas en animales sanos para los grupos simulado 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 en parámetros cuantificados de respuestas corticales en animales sanos. (a) Distribución de BF en neuronas corticales de animales sanos expuestos a LTE (azul oscuro) y expuestos simuladamente a LTE (azul claro). No hay diferencia entre las dos distribuciones. (bf) El efecto de la exposición a LTE en parámetros que cuantifican el campo receptivo temporal espectral (STRF). No hubo cambios significativos en la intensidad de respuesta a través del STRF y las frecuencias óptimas (b, c). Hay un ligero aumento en la duración de la respuesta (d), pero ningún cambio en el ancho de banda de respuesta y el ancho de banda (e, f). Ni la fuerza ni la confiabilidad temporal de las respuestas a las vocalizaciones cambiaron (g, h). No hubo cambios significativos en la actividad espontánea (i). (*p < 0,05 prueba t no pareada). (j, k) Efectos de la exposición a LTE en umbrales corticales. En promedio, los umbrales no cambiaron significativamente en ratas expuestas a LTE en comparación con las ratas expuestas simuladamente, pero los umbrales de frecuencia más altos fueron ligeramente más bajos 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 en sí misma tuvo poco efecto en el valor medio de los parámetros STRF. En comparación con el grupo Sham (cajas azul claro vs. azul oscuro para el grupo expuesto), la exposición a LTE no alteró ni la intensidad de respuesta total ni la respuesta de BF (Fig. 5b,c; prueba t no pareada, p = 0,2176 y p = 0,8696 respectivamente). Tampoco hubo efecto en el ancho de banda espectral y la latencia (p = 0,6764 y p = 0,7129, respectivamente), pero hubo un aumento significativo en la duración de la respuesta (p = 0,047). Tampoco hubo efecto en la fuerza de las respuestas de vocalización (Fig. 5g, p = 0,4375), la confiabilidad entre ensayos de estas respuestas (Fig. 5h, p = 0,3412) y la actividad espontánea (Fig. 5).5i; p = 0,3256).
La figura 5j muestra los umbrales medios (± sem) de 1,1 a 36 kHz en ratas sanas. No mostró una diferencia significativa entre las ratas simuladas y las expuestas, excepto un umbral ligeramente inferior en los animales expuestos a frecuencias altas (11-36 kHz) (prueba t no pareada, p = 0,0083). Este efecto refleja el hecho de que en los animales expuestos, en este rango de frecuencia (chi-cuadrado = 18,312, p = 0,001; Fig. 5k), había ligeramente más neuronas con umbrales bajos y medios (mientras que con umbrales altos) menos neuronas).
En conclusión, cuando los animales sanos fueron expuestos a LTE, no hubo ningún efecto en la fuerza de respuesta a tonos puros y sonidos complejos como vocalizaciones. Además, en animales sanos, los umbrales auditivos corticales fueron similares entre los animales expuestos y los simulados, mientras que en los animales tratados con LPS, la exposición a LTE resultó en un aumento sustancial en los umbrales corticales, especialmente en el rango de frecuencia baja y media.
Nuestro estudio mostró que en ratas macho adultas que experimentaron neuroinflamación aguda, la exposición a LTE-1800 MHz con un SARACx local de 0,5 W/kg (ver Métodos) resultó en una reducción significativa en la intensidad de las respuestas evocadas por el sonido en las grabaciones primarias de comunicación. Estos cambios en la actividad neuronal ocurrieron sin ningún cambio aparente en la extensión del dominio espacial cubierto por los procesos microgliales. Este efecto de LTE en la intensidad de las respuestas evocadas corticales no se observó en ratas sanas. Considerando la similitud en la distribución de frecuencia óptima entre las unidades de grabación en animales expuestos a LTE y expuestos simuladamente, las diferencias en la reactividad neuronal se pueden atribuir a los efectos biológicos de las señales LTE en lugar del sesgo de muestreo (Fig. 4a). Además, la ausencia de cambios en la latencia de respuesta y el ancho de banda de ajuste espectral en ratas expuestas a LTE sugiere que, muy probablemente, estas grabaciones se muestrearon de las mismas capas corticales, que se encuentran en el ACx primario en lugar de las regiones secundarias.
Hasta donde sabemos, no se ha informado previamente sobre el efecto de la señalización LTE en las respuestas neuronales. Sin embargo, estudios previos han documentado la capacidad de GSM-1800 MHz o de onda continua (CW) de 1800 MHz para alterar la excitabilidad neuronal, aunque con diferencias significativas según el enfoque experimental. Poco después de la exposición a 1800 MHz CW a un nivel de SAR de 8,2 W/kg, las grabaciones de los ganglios del caracol mostraron una disminución de los umbrales para el desencadenamiento de potenciales de acción y la modulación neuronal. Por otro lado, la actividad de picos y ráfagas en cultivos neuronales primarios derivados del cerebro de rata se redujo mediante la exposición a GSM-1800 MHz o 1800 MHz CW durante 15 minutos a un SAR de 4,6 W/kg. Esta inhibición solo fue parcialmente reversible a los 30 minutos de exposición. El silenciamiento completo de las neuronas se logró a un SAR de 9,2 W/kg. El análisis de dosis-respuesta mostró que GSM-1800 MHz fue más eficaz que 1800 MHz CW para suprimir la actividad en ráfagas, lo que sugiere que las respuestas neuronales dependen de la modulación de la señal de RF.
En nuestro entorno, las respuestas corticales evocadas se recopilaron in vivo de 3 a 6 horas después de que finalizara la exposición de solo la cabeza de 2 horas. En un estudio previo, investigamos el efecto de GSM-1800 MHz a SARACx de 1,55 W/kg y no encontramos ningún efecto significativo en las respuestas corticales evocadas por sonido en ratas sanas. Aquí, 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 al presentar tonos puros. Este efecto es difícil de explicar porque no está acompañado por un aumento en la intensidad de la respuesta, lo que sugiere que esta mayor duración de la respuesta ocurre con el mismo número total de potenciales de acción disparados por las neuronas corticales. Una explicación podría ser que la exposición a LTE puede reducir la actividad de algunas interneuronas inhibidoras, ya que se ha documentado que en ACx primario la inhibición de retroalimentación controla la duración de las respuestas de las células piramidales desencadenadas por la entrada talámica excitatoria33,34, 35, 36, 37.
Por el contrario, en ratas sometidas a neuroinflamación desencadenada por LPS, la exposición a LTE no tuvo efecto sobre la duración del disparo neuronal evocado por el sonido, pero se detectaron efectos significativos en la fuerza de las respuestas evocadas. De hecho, en comparación con las respuestas neuronales registradas en ratas expuestas simuladamente a LPS, las neuronas en ratas tratadas con LPS expuestas a LTE exhibieron 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 tonos puros ocurrió sin un estrechamiento del ancho de banda de sintonización espectral de 75 dB, y dado que ocurrió en todas las intensidades de sonido, resultó en un aumento en los umbrales acústicos de las neuronas corticales en frecuencias bajas y medias.
La reducción en la fuerza de respuesta evocada indicó que el efecto de la señalización LTE en SARACx de 0,5 W/kg en animales tratados con LPS fue similar al de GSM-1800 MHz aplicado a un SARACx tres veces mayor (1,55 W/kg) 28 . En cuanto a la señalización GSM, la exposición de la cabeza a LTE-1800 MHz puede reducir la excitabilidad neuronal en las neuronas ACx de rata sometidas a neuroinflamación desencadenada por LPS. De acuerdo con esta hipótesis, también observamos una tendencia hacia una menor confiabilidad de la prueba de las respuestas neuronales a la vocalización (Fig. 4h) y una menor actividad espontánea (Fig. 4i). Sin embargo, ha sido difícil determinar in vivo si la señalización LTE reduce la excitabilidad intrínseca neuronal o reduce la entrada sináptica, controlando así las respuestas neuronales en ACx.
En primer lugar, estas respuestas más débiles pueden deberse a la excitabilidad intrínsecamente reducida de las células corticales después de la exposición a LTE 1800 MHz. Apoyando esta idea, GSM-1800 MHz y 1800 MHz-CW redujeron la actividad en ráfaga cuando se aplicaron directamente a cultivos primarios de neuronas corticales de rata con niveles de SAR de 3,2 W/kg y 4,6 W/kg, respectivamente, pero se requirió un nivel de SAR umbral para reducir significativamente la actividad en ráfaga. Abogando por una excitabilidad intrínseca reducida, también observamos tasas más bajas de disparo espontáneo en los animales expuestos que en los animales expuestos simuladamente.
En segundo lugar, la exposición a LTE también puede afectar la transmisión sináptica de las sinapsis tálamo-corticales o córtico-corticales. Numerosos registros muestran ahora 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 confieren una entrada espectral adicional a los sitios corticales39,40. En nuestros experimentos, el hecho de que la STRF cortical mostrara anchos de banda similares en animales expuestos y expuestos simuladamente sugirió indirectamente que los efectos de la exposición a LTE no fueron efectos en la conectividad córtico-cortical. Esto también sugiere que una mayor conectividad en otras regiones corticales expuestas a SAR que la medida en ACx (Fig. 2) puede no ser responsable de las respuestas alteradas informadas aquí.
Aquí, una mayor proporción de registros corticales expuestos a LPS mostraron umbrales altos en comparación con los animales expuestos simuladamente a LPS. 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 reducido de receptores o afinidad).
De manera similar a los efectos de GSM-1800 MHz, las respuestas neuronales alteradas inducidas por LTE ocurrieron en el contexto de la neuroinflamación desencadenada por LPS, caracterizada por respuestas microgliales. La evidencia actual sugiere que la microglía influye fuertemente en la actividad de las redes neuronales en cerebros normales y patológicos41,42,43. Su capacidad para modular la neurotransmisión depende no solo de la producción de compuestos que producen que pueden o no limitar la neurotransmisión, sino también de la alta motilidad de sus procesos celulares. En la corteza cerebral, tanto la actividad aumentada como la disminuida de las redes neuronales desencadenan una rápida expansión del dominio espacial microglial debido al crecimiento de los procesos microgliales44,45. En particular, las protuberancias microgliales se reclutan cerca de las sinapsis talamocorticales activadas y pueden inhibir la actividad de las sinapsis excitatorias a través de mecanismos que involucran la producción local de adenosina mediada por la microglía.
En ratas tratadas con LPS sometidas a GSM-1800 MHz con SARACx a 1,55 W/kg, se produjo una disminución de la actividad de las neuronas ACx con el crecimiento de los procesos microgliales marcados por áreas significativas 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 en las respuestas neuronales evocadas por el sonido. Nuestro estudio actual argumenta en contra de 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 ningún aumento en el dominio espacial cubierto por los procesos microgliales. Sin embargo, esto no descarta ningún efecto de la señalización LTE en la microglía activada por LPS, que a su vez puede afectar la actividad neuronal. Se necesitan más estudios para responder a esta pregunta y determinar los mecanismos por los cuales la neuroinflamación aguda altera las respuestas neuronales a la señalización LTE.
Hasta donde sabemos, el efecto de las señales LTE en el procesamiento auditivo no se ha estudiado antes. Nuestros estudios previos 26,28 y el estudio actual mostraron que en el contexto de una inflamación aguda, la exposición de la cabeza únicamente a GSM-1800 MHz o LTE-1800 MHz resultó en alteraciones funcionales en las respuestas neuronales en ACx, como lo demuestra el aumento del umbral auditivo. Por al menos dos razones principales, la función coclear no debería verse afectada por nuestra exposición a LTE. En primer lugar, como se muestra en el estudio dosimétrico que se muestra en la Figura 2, los niveles más altos de SAR (cerca de 1 W/kg) se encuentran en la corteza dorsomedial (debajo de la antena) y disminuyen sustancialmente a medida que uno se mueve más lateralmente. La parte ventral de la cabeza. Se puede estimar en aproximadamente 0,1 W/kg a nivel del pabellón auricular de la rata (debajo del canal auditivo). En segundo lugar, cuando las orejas de cobaya se expusieron durante 2 meses a GSM 900 MHz (5 días/semana, 1 hora/día, SAR entre 1 y 4 W/kg), no se detectaron cambios en la magnitud del producto de distorsión Umbrales otoacústicos para la emisión y las respuestas auditivas del tronco encefálico 47. Además, la exposición repetida de la cabeza a GSM 900 o 1800 MHz a 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 los campos electromagnéticos de los teléfonos móviles 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 activación neuronal desencadenados por LTE in vivo de 3 a 6 horas después de finalizada la exposición. En un estudio previo sobre la parte dorsomedial de la corteza, varios efectos inducidos por GSM-1800 MHz observados a las 24 horas después de la exposición ya no eran detectables a las 72 horas después de la exposición. Este es el caso de la expansión de los procesos microgliales, la regulación negativa del gen IL-1ß y la modificación postraduccional de los receptores AMPA. Considerando que la corteza auditiva tiene un valor SAR más bajo (0,5 W/kg) que la región dorsomedial (2,94 W/kg26), los cambios en la actividad neuronal informados aquí parecen ser transitorios.
Nuestros datos deben tener en cuenta los límites SAR calificativos y las estimaciones de los valores SAR reales alcanzados en la corteza cerebral de los usuarios de teléfonos móviles. Los estándares actuales utilizados para proteger al público establecen el límite SAR en 2 W/kg para la exposición localizada de la cabeza o el torso a frecuencias de radio 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 RF en diferentes tejidos de la cabeza durante la comunicación general con la cabeza o por teléfono móvil. Además de la diversidad de modelos de cabeza humana, estas simulaciones resaltan diferencias significativas o incertidumbres en la estimación de la energía absorbida por el cerebro según parámetros anatómicos o histológicos como la forma externa o interna del cráneo, el grosor o el contenido de agua. Los diferentes tejidos de la cabeza varían ampliamente según la edad, el sexo o el individuo 56,57,58. Además, las características del teléfono celular, como la ubicación interna de la antena y la posición del teléfono celular en relación con la cabeza del usuario, influyen fuertemente 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, que se establecieron a partir de modelos de teléfonos celulares 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 están por debajo de la mitad de la aplicación del cerebro humano. Corteza.Nuestro estudio (SARACx 0,5 W/kg).Por lo tanto, nuestros datos no cuestionan los límites actuales de los valores SAR aplicables al público.
En conclusión, nuestro estudio muestra que una sola exposición de la cabeza a LTE-1800 MHz interfiere con las respuestas neuronales de las neuronas corticales a los estímulos sensoriales. En consonancia con caracterizaciones anteriores 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 a las neuronas a LTE-1800 MHz, lo que resulta en un procesamiento cortical alterado de los estímulos auditivos.
Los datos se recolectaron a los 55 días de edad de la corteza cerebral de 31 ratas Wistar macho adultas obtenidas en el laboratorio de Janvier. Las ratas se alojaron en una instalación con humedad (50-55%) y temperatura controlada (22-24 °C) con un ciclo de luz/oscuridad de 12 h/12 ​​​​h (luces encendidas a las 7:30 am) con libre acceso a comida y agua. Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las pautas establecidas por la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas (Directiva del Consejo 2010/63/UE), que son similares a las descritas en las Pautas de la Sociedad de Neurociencias para el uso de animales en la investigación en neurociencias. Este protocolo fue aprobado por el Comité de Ética París-Sur y Centro (CEEA N°59, Proyecto 2014-25, Protocolo Nacional 03729.02) utilizando procedimientos validados por este comité 32-2011 y 34-2012.
Los animales se habituaron a las cámaras de la colonia durante al menos una semana antes del tratamiento con LPS y la exposición (o exposición simulada) a LTE-EMF.
Se inyectó intraperitonealmente (ip) a veintidós ratas 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 a LTE o simulada (n por grupo). = 11). En ratas Wistar macho de 2 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 1ß, CCL2, NOX2, 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 1ß, respectivamente. A las 24 horas, la microglía cortical mostró la típica morfología celular "densa" esperada por la activación proinflamatoria celular inducida por LPS (Figura 1), lo cual contrasta con la activación inducida por LPS en otros estudios. La activación proinflamatoria celular corresponde a 24, 61.
La exposición a los campos electromagnéticos LTE se realizó únicamente en la cabeza, utilizando la configuración experimental utilizada 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 ligeramente anestesiados con ketamina/xilazina (ketamina 80 mg/kg, ip; xilazina 10 mg/kg, ip) antes de la exposición para evitar el movimiento y asegurar que la cabeza del animal estuviera en la antena de bucle que emitía la señal LTE. Ubicación reproducible a continuación. La mitad de las ratas de la misma jaula sirvieron como controles (11 animales con exposición simulada, de 22 ratas pretratadas con LPS): se colocaron debajo de la antena de bucle y la energía de la señal LTE se ajustó a cero. Los pesos de los animales expuestos y de exposición simulada fueron similares (p = 0,558, prueba t no pareada, ns). Todos los animales anestesiados fueron colocados sobre una almohadilla térmica sin metal para mantener su temperatura corporal. 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, coloque al animal sobre otra almohadilla térmica en la sala de operaciones. El mismo procedimiento de exposición se aplicó a 10 ratas sanas (no tratadas con LPS), la mitad de las cuales fueron expuestas simuladamente desde la misma jaula (p = 0,694).
El sistema de exposición fue similar a los sistemas 25, 62 descritos en estudios previos, con el generador de radiofrecuencia reemplazado para generar LTE en lugar de campos electromagnéticos GSM. Brevemente, un generador de RF (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Alemania) que emite un campo electromagnético LTE - 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 exponer simultáneamente a 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 consta de un circuito impreso con dos líneas metálicas (constante dieléctrica εr = 4,6) grabadas en un sustrato epoxi aislante. En un extremo, el dispositivo consta de un cable de 1 mm de ancho que forma un anillo colocado cerca de la cabeza del animal. Al igual que en estudios previos26,62, la tasa de absorción específica (SAR) se determinó numéricamente utilizando un modelo numérico de rata y un método de dominio temporal de diferencia finita (FDTD)63,64,65. También se determinaron 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 utilizando la fórmula: SAR = C ΔT/Δt, donde C es la capacidad calorífica en J/(kg K), ΔT, en °K y Δt Cambio de temperatura, 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 del cerebro.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 SAR en el cerebro de rata en el modelo de rata, que coincide con la distribución en términos de peso corporal y tamaño de las ratas utilizadas en nuestro estudio. El SAR medio del cerebro 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. El SAR local en ACx (SARACx) fue de 0,50 ± 0,08 W/kg (media ± DE) (Fig. 2b). Dado que los pesos corporales de las ratas expuestas son homogéneos y las diferencias en el grosor del tejido de la cabeza son insignificantes, se espera que el SAR real de ACx u otras áreas corticales sea muy similar entre un animal expuesto y otro.
Al final de la exposición, los animales fueron suplementados con dosis adicionales de ketamina (20 mg/kg, ip) y xilazina (4 mg/kg, ip) hasta que no se observaron movimientos reflejos después de pellizcar la pata trasera. Se inyectó un anestésico local (Xylocain 2%) por vía subcutánea en la piel y el músculo temporal por encima del cráneo, y los animales fueron colocados en un sistema de calentamiento sin metal. Después de colocar al animal en el marco estereotáxico, se realizó una craneotomía sobre la corteza temporal izquierda. Al igual que en nuestro estudio anterior66, comenzando desde la unión de los huesos parietal y temporal, la abertura fue de 9 mm de ancho y 5 mm de alto. La duramadre por encima del ACx se retiró cuidadosamente bajo control binocular sin dañar los vasos sanguíneos. Al final del procedimiento, se construyó una base en cemento acrílico dental para la fijación atraumática de la cabeza del animal durante la grabación. Coloque el marco estereotáxico que sostiene al animal en una cámara de atenuación acústica (IAC, modelo AC1).
Los datos se obtuvieron a partir de registros multiunitarios en la corteza auditiva primaria de 20 ratas, incluyendo 10 animales pretratados con LPS. Los registros extracelulares se obtuvieron de una matriz de 16 electrodos de tungsteno (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) compuesta por dos filas de 8 electrodos con una separación de 1000 µm (350 µm entre electrodos en la misma fila). Se insertó un cable de plata (ø: 300 µm) para la conexión a tierra entre el hueso temporal y la duramadre contralateral. La ubicación estimada del ACx primario es de 4 a 7 mm posterior al bregma y 3 mm ventral a la sutura supratemporal. La señal bruta se amplificó 10 000 veces (TDT Medusa) y posteriormente se procesó mediante un sistema de adquisición de datos multicanal (RX5, TDT). Las señales obtenidas de cada electrodo se filtraron (610–10 000 Hz). para extraer actividad de múltiples unidades (MUA). Los niveles de activación se establecieron cuidadosamente para cada electrodo (por coautores ciegos a los estados expuestos o simulados) para seleccionar el potencial de acción más grande de la señal. La inspección en línea y fuera de línea de las formas de onda mostró que la MUA recopilada aquí consistía en potenciales de acción generados por 3 a 6 neuronas cerca de los electrodos. Al comienzo de cada experimento, establecimos la posición de la matriz de electrodos para que dos filas de ocho electrodos pudieran muestrear neuronas, desde respuestas de frecuencia baja a alta cuando se realizaban en la orientación rostral.
Los estímulos acústicos se generaron en Matlab, se transmitieron a un sistema de emisión de sonido (TDT) basado en RP2.1 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 produjo 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 y 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 determina utilizando el mismo conjunto de tonos y se presenta en orden aleatorio a 2 Hz de 75 a 5 dB. SPL.Cada frecuencia se presenta ocho veces en cada intensidad.
También se evaluaron las respuestas a estímulos naturales. En estudios anteriores, observamos que las vocalizaciones de ratas rara vez provocaban respuestas fuertes en ACx, independientemente de la frecuencia neuronal óptima (BF), mientras que las específicas del xenoinjerto (por ejemplo, vocalizaciones de pájaros cantores o de cobayas) típicamente Todo el mapa tonal. Por lo tanto, probamos las respuestas corticales a las vocalizaciones en cobayas (el silbido utilizado en 36 estaba conectado a 1 s de estímulos, presentados 25 veces).

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