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La creciente demanda de comunicación por telefonía móvil ha llevado a la continua aparición de tecnologías inalámbricas (G), que pueden tener diferentes impactos en los sistemas biológicos. Para probar esto, expusimos ratas a una exposición de una sola cabeza a un campo electromagnético (CEM) 4G de evolución a largo plazo (LTE) de 1800 MHz durante 2 horas. Luego evaluamos el efecto de la neuroinflamación aguda inducida por lipopolisacárido en la cobertura espacial de la microglía y la actividad neuronal electrofisiológica en la corteza auditiva primaria (CAx). El SAR promedio en la CAx es de 0,5 W/kg. Los registros de unidades múltiples muestran que el CEM LTE desencadena una reducción en la intensidad de la respuesta a tonos puros y vocalizaciones naturales, mientras que un aumento en 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 y los umbrales acústicos. Nuestros datos demuestran que la neuroinflamación aguda sensibiliza las 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 consideran usuarios de teléfonos móviles (PM). La amplia difusión de esta tecnología ha generado preocupación y debate sobre los efectos potencialmente peligrosos de los campos electromagnéticos pulsados ​​(CEM) en el rango de radiofrecuencia (RF), que son emitidos por los PM o las 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 los 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 los PM. Muchos estudios publicados abordan los efectos de las señales moduladas por pulsos utilizadas en el sistema global para comunicaciones móviles (GSM) de segunda generación (2G) o en el acceso múltiple por división de código de banda ancha (WCDMA)/sistemas universales de telecomunicaciones móviles de tercera generación (WCDMA/3G UMTS)2,3,4,5. Se sabe poco sobre los efectos de las señales de radiofrecuencia utilizadas en la cuarta generación. Los servicios móviles (4G) se basan en una tecnología de protocolo de Internet totalmente digital llamada tecnología Long Term Evolution (LTE). Lanzado en 2011, se espera que el servicio de teléfonos móviles LTE alcance los 6.600 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 la 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 que también se utilizan 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. 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 se exploraron recientemente 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 los niveles de SAR pico espacial promediados sobre 10 g de tejido se estimaron entre 0,42 y 1,52 W/kg, según los temas 7, 8, 9. El análisis de EEG bajo condiciones de exposición similares (duración de 30 min, nivel de SAR pico estimado 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 el 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, o bien no tuvo ningún efecto detectable11 o bien provocó una disminución de la potencia espectral en la banda alfa, mientras que la cognición no cambió en la función evaluada con la prueba de Stroop 12. También se encontraron diferencias significativas en los resultados de los estudios de EEG o cognitivos que analizaban específicamente los efectos de la exposición a EMF GSM o UMTS. Se cree que surgen de variaciones en el diseño del método y los parámetros experimentales, incluido el tipo y la modulación de la señal, la intensidad y la duración de la exposición, o de la heterogeneidad en los sujetos humanos con respecto a la edad, la anatomía o el género.
Hasta ahora, 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 media de todo el cuerpo de 0,5 o 1 W/kg) resultó en comportamientos motores y de apetito alterados en la edad adulta 14. Se encontró que la exposición sistémica repetida (2 ha por día durante 6 semanas) en ratas adultas inducía estrés oxidativo y reducía la amplitud de los potenciales evocados visuales obtenidos del nervio óptico, con una SAR máxima estimada en 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 radiofrecuencias durante enfermedades, como se ha hecho anteriormente con los campos electromagnéticos GSM o WCDMA/3G UMTS en el contexto de la neuroinflamación aguda. Los estudios han demostrado los efectos de las convulsiones, las enfermedades neurodegenerativas o los gliomas 16,17,18,19,20.
Los roedores inyectados con lipopolisacárido (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 a un síndrome de comportamiento depresivo 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 de 2 horas a EMF GSM-1800 MHz en ratas tratadas con LPS, encontramos que la señalización GSM desencadena respuestas celulares en la corteza cerebral, afectando la expresión genética, la fosforilación del receptor de glutamato, el disparo neuronal evocado por Meta 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 desencadenado por LPS sensibiliza las células del SNC a la señalización GSM. Centrándonos en la corteza auditiva (ACx) de ratas tratadas con LPS, donde el SAR local promedió 1,55 W/kg, observamos que la exposición a GSM resultó en un aumento en la longitud o ramificación de los procesos microgliales y una disminución en las respuestas neuronales evocadas por tonos puros y .Natural Stimulation 28.
En el presente estudio, nuestro objetivo fue examinar si la exposición solo 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 la exposición en dos tercios. Aquí mostramos que la señalización LTE no tuvo efecto sobre los procesos microgliales, pero aun así provocó una reducción significativa en la actividad cortical evocada por el 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 microglial en condiciones proinflamatorias, investigamos este efecto tras la exposición a la señalización LTE.
Se inyectó LPS a ratas adultas 24 horas antes de la exposición simulada solo en la cabeza o la exposición a LTE-1800 MHz. Tras la exposición, se establecieron respuestas neuroinflamatorias desencadenadas por LPS en la corteza cerebral, como se muestra por la regulación positiva de genes proinflamatorios y cambios en la morfología de la microglía cortical (Figura 1). La potencia expuesta por la cabeza LTE se ajustó para obtener un nivel SAR promedio de 0,5 W/kg en ACx (Figura 2). Para determinar si la microglía activada por LPS respondía al EMF LTE, analizamos secciones corticales teñidas con anti-Iba1 que marcaba selectivamente estas células. Como se muestra en la Figura 3a, en las secciones de ACx fijadas de 3 a 4 horas después de la exposición simulada o LTE, la microglía parecía notablemente similar, mostrando una morfología celular "densa" provocada por el tratamiento proinflamatorio con LPS (Figura 1). De acuerdo 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 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 en 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 produjo cambios en la morfología de la microglía, incluyendo engrosamiento proximal y aumento de ramificaciones secundarias cortas de los procesos 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 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 después de la exposición a LTE o simulada. (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 simulada o LTE (exposición). Barra de escala: 20 µm. (bd) Evaluación morfométrica de la microglía de 3 a 4 horas después de la exposición simulada (puntos abiertos) o LTE (expuesta, 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 la caja, Las líneas superior e inferior representan los percentiles 25-75 y 5-95, respectivamente. El valor medio está marcado en rojo en el recuadro.
La Tabla 1 resume el número de animales y los registros de unidades múltiples obtenidos en la corteza auditiva primaria de cuatro grupos de ratas (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS). En los resultados que se muestran a continuación, incluimos todos los registros que muestran 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 espontáneas (véase la Tabla 1). Aplicando este criterio, seleccionamos 266 registros para el grupo Sham, 273 registros para el grupo Exposed, 299 registros para el grupo Sham-LPS y 295 registros para el grupo Exposed-LPS.
En los siguientes párrafos, primero describiremos los parámetros extraídos del campo receptivo espectrotemporal (es decir, la respuesta a tonos puros) y la respuesta a vocalizaciones específicas xenogénicas. Luego describiremos la cuantificación del área de respuesta en frecuencia obtenida para cada grupo. Considerando la presencia de "datos anidados"30 en nuestro diseño experimental, todos los análisis estadísticos se realizaron en función del número de posiciones en la matriz de electrodos (última fila en la Tabla 1), pero todos los efectos descritos a continuación también se basaron en el número de posiciones en cada grupo. Número total de registros multiunitarios recopilados (tercera fila en 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 tratados con LPS, tanto en el grupo control como en el expuesto. 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 en 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 las dos distribuciones. (bf) Efecto de la exposición a LTE en parámetros que cuantifican el campo receptivo temporal espectral (STRF). La fuerza de respuesta se redujo significativamente (*p < 0,05, prueba t no pareada) en todo el STRF (fuerza de respuesta total) y en las frecuencias óptimas (b,c). Duración de la respuesta, ancho de banda de respuesta y constante de ancho de banda (df). Tanto la fuerza 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 en umbrales corticales. Los umbrales medios fueron significativamente más altos en ratas expuestas a LTE en comparación con ratas expuestas simuladamente. El 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 están indicadas por líneas rojas). Los efectos de la exposición a LTE en animales tratados con LPS parecieron indicar una disminución de la excitabilidad neuronal. Primero, la intensidad de respuesta general y las respuestas fueron significativamente menores en BF en comparación con los animales Sham-LPS (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 fuerza de respuesta como en la fiabilidad entre ensayos (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 respuesta no se vieron afectados por la exposición a LTE en 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 animales tratados con LPS.
A continuación, evaluamos si los umbrales corticales de tono puro se vieron alterados por la exposición a LTE. A partir del área de respuesta en 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 frecuencias bajas y medias. Más precisamente, en 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 (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 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 provoca la respuesta máxima a 75 dB SPL) de las neuronas corticales obtenida en animales sanos para los grupos Sham y Exposed. El análisis estadístico mostró que las dos distribuciones eran similares (chi-cuadrado, p = 0,157), lo que sugiere que se podrían hacer 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 frecuencias óptimas (b,c). Hay un ligero aumento en la duración de la respuesta (d), pero no hay cambios en el ancho de banda de respuesta y ancho de banda (e, f). Ni la fuerza ni la confiabilidad temporal de las respuestas a 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 ratas expuestas simuladamente, pero los umbrales de frecuencia más alta 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 por sí sola tuvo poco efecto en el valor medio de los parámetros STRF. En comparación con el grupo Sham (cajas azul claro frente a 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 fiabilidad 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 (± error estándar) de 1,1 a 36 kHz en ratas sanas. No se observó una diferencia significativa entre las ratas control y las expuestas, excepto por un umbral ligeramente menor en los animales expuestos a altas frecuencias (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 había 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 las vocalizaciones. Además, en los animales sanos, los umbrales auditivos corticales fueron similares entre los animales expuestos y los animales de control, mientras que en los animales tratados con LPS, la exposición a LTE resultó en un aumento sustancial de los umbrales corticales, especialmente en el rango de frecuencias bajas y medias.
Nuestro estudio demostró que en ratas macho adultas que experimentaban neuroinflamación aguda, la exposición a LTE-1800 MHz con un SARACx local de 0,5 W/kg (véase Métodos) produjo una reducción significativa en la intensidad de las respuestas evocadas por sonido en registros primarios 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 sobre 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 registro en animales expuestos a LTE y animales expuestos simuladamente, las diferencias en la reactividad neuronal pueden atribuirse a efectos biológicos de las señales LTE en lugar de sesgo de muestreo (Fig. 4a). Además, la ausencia de cambios en la latencia de respuesta y el ancho de banda de sintonización espectral en ratas expuestas a LTE sugiere que, muy probablemente, estos registros se muestrearon de las mismas capas corticales, que se encuentran en la ACx primaria en lugar de regiones secundarias.
Hasta donde sabemos, el efecto de la señalización LTE en las respuestas neuronales no se ha informado previamente. Sin embargo, estudios previos han documentado la capacidad de GSM-1800 MHz o onda continua (CW) de 1800 MHz para alterar la excitabilidad neuronal, aunque con diferencias significativas dependiendo del enfoque experimental. Poco después de la exposición a CW de 1800 MHz a un nivel SAR de 8,2 W/kg, los registros de ganglios de caracol mostraron umbrales disminuidos para desencadenar potenciales de acción y modulación neuronal. Por otro lado, la actividad de picos y ráfagas en cultivos neuronales primarios derivados del cerebro de rata se redujo por la exposición a GSM-1800 MHz o CW de 1800 MHz durante 15 minutos a un SAR de 4,6 W/kg. Esta inhibición fue solo parcialmente reversible dentro de 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 efectivo que 1800 MHz CW en la supresión de 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 recolectaron in vivo de 3 a 6 horas después de que terminara la exposición de 2 horas solo en la cabeza. 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 inhibitorias, ya que se ha documentado que en ACx primaria la inhibición de retroalimentación controla la duración de las respuestas de las células piramidales desencadenadas por la entrada talámica excitatoria33,34, 35, 36, 37.
En contraste, en ratas sometidas a neuroinflamación desencadenada por LPS, la exposición a LTE no tuvo efecto sobre la duración de la activación neuronal evocada por sonido, pero se detectaron efectos significativos sobre la fuerza de las respuestas evocadas. De hecho, en comparación con las respuestas neuronales registradas en ratas expuestas a LPS simulado, las neuronas en ratas tratadas con LPS y 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. En línea con esta hipótesis, también observamos una tendencia hacia una menor fiabilidad de ensayo 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 de ráfaga cuando se aplicaron directamente a cultivos primarios de neuronas corticales de rata con niveles SAR de 3,2 W/kg y 4,6 W/kg, respectivamente, pero se requirió un nivel umbral de SAR para reducir significativamente la actividad de 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 talamocorticales o corticocorticales. 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 el STRF cortical mostrara anchos de banda similares en los animales expuestos y los expuestos simuladamente sugirió indirectamente que los efectos de la exposición a LTE no fueron efectos sobre la conectividad corticocortical. 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 reportadas aquí.
Aquí, una mayor proporción de registros corticales expuestos a LPS mostraron umbrales altos 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 talamocortical39,40, se puede sospechar que la transmisión talamocortical se reduce parcialmente por la exposición, ya sea a nivel presináptico (liberación reducida de glutamato) o postsináptico (número o afinidad reducida de receptores).
De forma similar a los efectos de GSM-1800 MHz, las respuestas neuronales alteradas inducidas por LTE ocurrieron en el contexto de neuroinflamación desencadenada por LPS, caracterizada por respuestas microgliales. La evidencia actual sugiere que la microglia 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 pueden limitar la neurotransmisión, sino también de la alta motilidad de sus procesos 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 microglial debido al crecimiento de los procesos microgliales44,45. En particular, las protrusiones 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 microglia.
En ratas tratadas con LPS y 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 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 limitado a 0,5 W/kg, ya que no encontramos un aumento en el dominio espacial cubierto por procesos microgliales. Sin embargo, esto no descarta ningún efecto de la señalización LTE sobre la microglía activada por LPS, que a su vez puede afectar la actividad neuronal. Se necesitan más estudios para responder a esta pregunta y para 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 presente estudio mostraron que, en el contexto de inflamación aguda, la exposición de la cabeza sola 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. Primero, como se muestra en el estudio de dosimetría 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 hacia la parte ventral de la cabeza. Se puede estimar que es de aproximadamente 0,1 W/kg a nivel del pabellón auricular de la rata (debajo del canal auditivo). Segundo, 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 hubo cambios detectables en la magnitud del producto de distorsión Umbrales otoacústicos para la emisión y respuestas auditivas del tronco encefálico 47. Además, la exposición repetida de la cabeza a GSM 900 o 1800 MHz a un SAR local de 2 W/kg no afectó la función de las células ciliadas externas cocleares 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 EMF de teléfonos celulares GSM no tiene un efecto consistente en el procesamiento auditivo según se evalúa 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 que terminara 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 con 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 de calificación 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 RF en diferentes tejidos de la cabeza durante la comunicación general por teléfono móvil o de cabeza. Además de la diversidad de modelos de cabeza humana, estas simulaciones resaltan 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, 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 con respecto a la cabeza del usuario, influyen fuertemente en el nivel y la distribución de los valores SAR en la corteza cerebral59,60. Sin embargo, considerando las distribuciones 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 MHz58, 59, 60, parece que los niveles SAR alcanzados en la corteza auditiva humana todavía están subaplicados a la mitad de la corteza cerebral humana. Nuestro estudio (SARACx 0,5 W/kg). Por lo tanto, nuestros datos no ponen en tela de juicio los límites actuales de los valores SAR aplicables al público.
En conclusión, nuestro estudio demuestra que una única 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 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 provoca una alteración en el procesamiento cortical de los estímulos auditivos.
Se recogieron datos a los 55 días de edad de la corteza cerebral de 31 ratas Wistar macho adultas obtenidas en el laboratorio Janvier. Las ratas se alojaron 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 a. m.) con libre acceso a comida y agua. Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las directrices establecidas por la Directiva del Consejo de las Comunidades Europeas (Directiva del Consejo 2010/63/UE), que son similares a las descritas en las Directrices de la Sociedad para la Neurociencia para el uso de animales en la investigación en neurociencia. Este protocolo fue aprobado por el Comité de Ética Paris-Sud 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 fueron habituados a las cámaras de 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 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 que se marca en la corteza cerebral por varios genes proinflamatorios (factor de necrosis tumoral alfa, interleucina 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) que se regularon positivamente 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. En este punto temporal de 24 h, la microglía cortical mostró la morfología celular "densa" típica esperada por la activación proinflamatoria de las células desencadenada por LPS (Figura 1), lo que contrasta con la activación desencadenada por LPS por otras. La activación proinflamatoria celular corresponde a 24, 61.
La exposición de la cabeza únicamente a campos electromagnéticos LTE se realizó utilizando la configuración experimental empleada previamente para evaluar el efecto de los campos electromagnéticos GSM26. La exposición 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/xilacina (ketamina 80 mg/kg, ip; xilacina 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 expuestos simuladamente, 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 expuestos simuladamente fueron similares (p = 0,558, prueba t no pareada, ns). Todos los animales anestesiados se colocaron sobre una almohadilla térmica sin metal para mantener su temperatura corporal alrededor de 37 °C durante todo el experimento. Como en los experimentos anteriores, el tiempo de exposición se fijó en 2 horas. Después de la exposición, coloque 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 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 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 - 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 consiste en un circuito impreso con dos líneas metálicas (constante dieléctrica εr = 4,6) grabadas en un sustrato de 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. Como en estudios anteriores26,62, la tasa de absorción específica (SAR) se determinó numéricamente utilizando un modelo numérico de rata y un método de diferencias finitas en el dominio del tiempo (FDTD)63,64,65. También se determinaron experimentalmente en un modelo homogéneo de rata 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 regiones equivalentes del cerebro de la rata. La diferencia entre los Las mediciones numéricas de SAR y los valores de SAR detectados experimentalmente son inferiores al 30%.
La Figura 2a muestra la distribución de SAR en el cerebro de la 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 xilacina (4 mg/kg, ip) hasta que no se observaron movimientos reflejos después de pellizcar la pata trasera. Se inyectó un anestésico local (Xilocaína 2%) subcutáneamente 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. Como 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 de la 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 el registro. Coloque el marco estereotáxico que sostiene al animal 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. Se obtuvieron registros extracelulares de una matriz de 16 electrodos de tungsteno (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) que consta de dos filas de 8 electrodos espaciados 1000 µm entre sí (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 de la ACx primaria 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 luego se procesó mediante un sistema de adquisición de datos multicanal (RX5, TDT). Las señales recolectadas de cada electrodo se filtraron (610–10 000 Hz) para extraer Actividad multiunitaria (MUA). Los niveles de activación se establecieron cuidadosamente para cada electrodo (por coautores que desconocían los estados de exposición o exposición simulada) para seleccionar el mayor potencial de acción 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 de manera que dos filas de ocho electrodos pudieran muestrear neuronas, desde respuestas de baja a alta frecuencia cuando se realizaban en la orientación rostral.
Los estímulos acústicos se generaron en Matlab, se transmitieron a un sistema de entrega 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 el altavoz 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 and Kjaer 4133 acoplado a un preamplificador B&K 2169 y una grabadora digital Marantz PMD671. El campo receptivo temporal espectral (STRF) se determinó utilizando 97 frecuencias de tono gamma, que cubren 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 de 75 a 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 vocalizaciones específicas de xenoinjertos (por ejemplo, de pájaros cantores o cobayas) típicamente El mapa tonal completo. Por lo tanto, probamos las respuestas corticales a las vocalizaciones en cobayas (el silbato utilizado en 36 estaba conectado a 1 s de estímulos, presentados 25 veces).

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