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Die stetig steigende Nachfrage nach mobiler Telefonkommunikation hat zur kontinuierlichen Entwicklung drahtloser Technologien (G) geführt, die unterschiedliche Auswirkungen auf biologische Systeme haben können. Um dies zu untersuchen, setzten wir Ratten für zwei Stunden einem elektromagnetischen Feld (EMF) des 4G LTE-Netzes mit 1800 MHz aus. Anschließend untersuchten wir die Auswirkungen einer durch Lipopolysaccharide induzierten akuten Neuroinflammation auf die räumliche Ausdehnung der Mikroglia und die elektrophysiologische neuronale Aktivität im primären auditorischen Kortex (ACx). Die durchschnittliche spezifische Absorptionsrate (SAR) im ACx beträgt 0,5 W/kg. Multi-Unit-Ableitungen zeigen, dass LTE-EMF eine Reduktion der Intensität der Reaktion auf reine Töne und natürliche Laute auslöst, während gleichzeitig die Hörschwelle für tiefe und mittlere Frequenzen ansteigt. Die Iba1-Immunhistochemie zeigte keine Veränderungen der von Mikroglia-Zellen und -Fortsätzen bedeckten Fläche. Bei gesunden Ratten induzierte dieselbe LTE-Exposition keine Veränderungen der Reaktionsintensität und der Hörschwellen. Unsere Daten belegen, dass akute Neuroinflammation die Mikroglia sensibilisiert. Neuronen reagieren auf LTE-EMF, was zu einer veränderten Verarbeitung akustischer Reize im ACx führt.
Die elektromagnetische Umgebung der Menschheit hat sich in den letzten drei Jahrzehnten durch die kontinuierliche Ausbreitung drahtloser Kommunikation dramatisch verändert. Aktuell gelten mehr als zwei Drittel der Bevölkerung als Mobiltelefonnutzer. Die weite Verbreitung dieser Technologie hat Bedenken und Debatten über die potenziell gefährlichen Auswirkungen gepulster elektromagnetischer Felder (EMF) im Hochfrequenzbereich (HF) ausgelöst, die von Mobiltelefonen oder Basisstationen ausgesendet werden und die Kommunikation kodieren. Dieses Problem der öffentlichen Gesundheit hat zahlreiche experimentelle Studien angeregt, die die Auswirkungen der Hochfrequenzabsorption in biologischem Gewebe untersuchen. Einige dieser Studien haben Veränderungen der neuronalen Netzwerkaktivität und kognitiver Prozesse untersucht, da sich das Gehirn bei der weitverbreiteten Nutzung von Mobiltelefonen in der Nähe von HF-Quellen befindet. Viele veröffentlichte Studien befassen sich mit den Auswirkungen von gepulsten Signalen, die im 2G-Mobilfunknetz (GSM) oder im WCDMA/3G-UMTS-Netz (3G UMTS) verwendet werden. Über die Auswirkungen von Hochfrequenzsignalen, die im 4G-Netz verwendet werden, ist wenig bekannt. Mobilfunkdienste der 4. Generation (4G) basieren auf der vollständig digitalen Internetprotokoll-Technologie Long Term Evolution (LTE). Der 2011 eingeführte LTE-Mobilfunkdienst soll bis Januar 2022 weltweit 6,6 Milliarden LTE-Nutzer erreichen (GSMA: //gsacom.com). Im Vergleich zu GSM (2G) und WCDMA (3G), die auf Einzelträger-Modulationsverfahren basieren, nutzt LTE Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) als grundlegendes Signalformat. Weltweit verwenden LTE-Mobilfunkdienste verschiedene Frequenzbänder zwischen 450 und 3700 MHz, darunter auch die 900- und 1800-MHz-Bänder, die auch von GSM genutzt werden.
Die Fähigkeit von Hochfrequenzstrahlung, biologische Prozesse zu beeinflussen, wird maßgeblich durch die spezifische Absorptionsrate (SAR) in W/kg bestimmt, die die im biologischen Gewebe absorbierte Energie misst. Die Auswirkungen einer akuten 30-minütigen Exposition des Kopfes gegenüber 2,573-GHz-LTE-Signalen auf die globale neuronale Netzwerkaktivität wurden kürzlich an gesunden Probanden untersucht. Mithilfe von Ruhe-fMRI wurde beobachtet, dass LTE-Exposition spontane langsame Frequenzschwankungen und Veränderungen der intra- oder interregionalen Konnektivität hervorrufen kann. Die räumlichen Spitzenwerte der SAR, gemittelt über 10 g Gewebe, variierten laut den Themen 7, 8 und 9 schätzungsweise zwischen 0,42 und 1,52 W/kg. EEG-Analysen unter ähnlichen Expositionsbedingungen (30 Minuten Dauer, geschätzter Spitzenwert der SAR von 1,34 W/kg anhand eines repräsentativen menschlichen Kopfmodells) zeigten eine reduzierte spektrale Leistung und hemisphärische Kohärenz im Alpha- und Beta-Band. Zwei weitere Studien, die auf EEG-Analysen basierten, fanden jedoch heraus, dass eine 20- bzw. 30-minütige LTE-Exposition des Kopfes mit maximalen lokalen SAR-Werten Bei einer Dosis von etwa 2 W/kg war entweder kein Effekt nachweisbar¹¹ oder es kam zu einer Verringerung der spektralen Leistung im Alpha-Band, während die kognitiven Fähigkeiten, gemessen mit dem Stroop-Test¹², unverändert blieben. Signifikante Unterschiede zeigten sich auch in EEG- und kognitiven Studien, die speziell die Auswirkungen der Exposition gegenüber GSM- oder UMTS-EMF untersuchten. Diese Unterschiede werden auf Variationen im Studiendesign und in den experimentellen Parametern zurückgeführt, darunter Signalart und -modulation, Expositionsintensität und -dauer, sowie auf die Heterogenität der Probanden hinsichtlich Alter, Anatomie und Geschlecht.
Bislang liegen nur wenige Tierstudien vor, die den Einfluss der LTE-Signalgebung auf die Gehirnfunktion untersuchen. Kürzlich wurde berichtet, dass die systemische Exposition von sich entwickelnden Mäusen vom späten Embryonalstadium bis zum Absetzen (30 min/Tag, 5 Tage/Woche, mit einer mittleren Ganzkörper-SAR von 0,5 oder 1 W/kg) zu verändertem motorischem Verhalten und Appetit im Erwachsenenalter führte¹⁴. Wiederholte systemische Exposition (2 h pro Tag über 6 Wochen) bei erwachsenen Ratten induzierte oxidativen Stress und reduzierte die Amplitude visuell evozierter Potenziale des Sehnervs, wobei die maximale SAR auf nur 10 mW/kg geschätzt wurde¹⁵.
Neben Analysen auf verschiedenen Skalen, einschließlich der zellulären und molekularen Ebene, können Nagetiermodelle zur Untersuchung der Auswirkungen von HF-Exposition im Krankheitsverlauf eingesetzt werden, wie zuvor im Kontext akuter Neuroinflammation der Fokus auf GSM- oder WCDMA/3G-UMTS-EMF lag. Studien haben die Auswirkungen auf Krampfanfälle, neurodegenerative Erkrankungen oder Gliome gezeigt.^{16,17,18,19,20}
Mit Lipopolysaccharid (LPS) injizierte Nagetiere sind ein klassisches präklinisches Modell für akute neuroinflammatorische Reaktionen, die mit gutartigen Infektionskrankheiten durch Viren oder Bakterien einhergehen, welche jährlich einen Großteil der Bevölkerung betreffen. Dieser Entzündungszustand führt zu einer reversiblen Erkrankung und einem depressiven Verhaltenssyndrom, das durch Fieber, Appetitlosigkeit und verminderte soziale Interaktion gekennzeichnet ist. Ansässige Phagozyten des ZNS, wie z. B. Mikroglia, sind wichtige Effektorzellen dieser neuroinflammatorischen Reaktion. Die Behandlung von Nagetieren mit LPS löst eine Aktivierung der Mikroglia aus, die durch Veränderungen ihrer Form und zellulären Prozesse sowie durch tiefgreifende Veränderungen im Transkriptomprofil charakterisiert ist. Dazu gehört die Hochregulierung von Genen, die für proinflammatorische Zytokine oder Enzyme kodieren, welche neuronale Netzwerke beeinflussen (Aktivitäten 22, 23, 24).
In einer Studie zu den Auswirkungen einer zweistündigen Exposition des Kopfes gegenüber GSM-1800-MHz-EMF bei LPS-behandelten Ratten stellten wir fest, dass GSM-Signalisierung zelluläre Reaktionen im zerebralen Kortex auslöst und die Genexpression, die Phosphorylierung von Glutamatrezeptoren, die neuronale Meta-evozierte Aktivität sowie die Morphologie der Mikroglia im zerebralen Kortex beeinflusst. Diese Effekte wurden bei gesunden Ratten, die der gleichen GSM-Exposition ausgesetzt waren, nicht beobachtet. Dies deutet darauf hin, dass der durch LPS ausgelöste neuroinflammatorische Zustand ZNS-Zellen für die GSM-Signalisierung sensibilisiert. In der auditorischen Hirnrinde (ACx) von LPS-behandelten Ratten, wo die lokale SAR im Durchschnitt 1,55 W/kg betrug, beobachteten wir, dass die GSM-Exposition zu einer Zunahme der Länge bzw. Verzweigung von Mikroglia-Fortsätzen und einer Abnahme der durch reine Töne hervorgerufenen neuronalen Reaktionen führte.
In der vorliegenden Studie untersuchten wir, ob eine alleinige Exposition des Kopfes gegenüber LTE-1800-MHz-Signalen die Morphologie der Mikroglia und die neuronale Aktivität im ACx verändern kann, wobei die Expositionsleistung um zwei Drittel reduziert wurde. Wir zeigen hier, dass die LTE-Signalisierung keinen Einfluss auf die Mikroglia-Prozesse hatte, aber dennoch eine signifikante Reduktion der durch Schall hervorgerufenen kortikalen Aktivität im ACx von LPS-behandelten Ratten mit einem SAR-Wert von 0,5 W/kg auslöste.
Angesichts früherer Erkenntnisse, dass die Exposition gegenüber GSM-1800 MHz die Morphologie von Mikroglia unter proinflammatorischen Bedingungen verändert, untersuchten wir diesen Effekt nach Exposition gegenüber LTE-Signalisierung.
Adulte Ratten wurden 24 Stunden vor einer Scheinbehandlung des Kopfes oder einer Exposition gegenüber LTE-1800 MHz mit LPS injiziert. Nach der Exposition traten LPS-induzierte neuroinflammatorische Reaktionen im zerebralen Kortex auf, die sich in einer Hochregulation proinflammatorischer Gene und Veränderungen der Morphologie kortikaler Mikroglia zeigten (Abbildung 1). Die vom LTE-Kopf abgegebene Leistung wurde so eingestellt, dass ein durchschnittlicher SAR-Wert von 0,5 W/kg im ACx erreicht wurde (Abbildung 2). Um festzustellen, ob LPS-aktivierte Mikroglia auf LTE-EMF reagieren, analysierten wir mit Anti-Iba1 gefärbte Kortexschnitte, die diese Zellen selektiv markieren. Wie in Abbildung 3a dargestellt, wiesen die Mikroglia in ACx-Schnitten, die 3 bis 4 Stunden nach Scheinbehandlung oder LTE-Exposition fixiert wurden, ein bemerkenswert ähnliches Erscheinungsbild auf und zeigten eine durch die proinflammatorische LPS-Behandlung hervorgerufene „dichte“ Zellmorphologie (Abbildung 1). Entsprechend dem Fehlen morphologischer Reaktionen ergab die quantitative Bildanalyse keine signifikanten Unterschiede in der Gesamtfläche (ungepaarter t-Test, p > 0,05). = 0,308) oder Fläche (p = 0,196) und Dichte (p = 0,061) der Iba1-Immunreaktivität beim Vergleich der Exposition gegenüber Iba 1-gefärbten Zellkörpern bei LTE-Ratten gegenüber scheinexponierten Tieren (Abb. 3b-d).
Auswirkungen der intraperitonealen LPS-Injektion auf die Morphologie kortikaler Mikroglia. Repräsentative Ansicht von Mikroglia in einem Koronarschnitt der Großhirnrinde (dorsomediale Region) 24 Stunden nach intraperitonealer Injektion von LPS oder Vehikel (Kontrolle). Die Zellen wurden wie zuvor beschrieben mit einem Anti-Iba1-Antikörper gefärbt. Die proinflammatorische LPS-Behandlung führte zu Veränderungen der Mikroglia-Morphologie, darunter eine proximale Verdickung und eine Zunahme kurzer sekundärer Zellfortsätze, was zu einem dichten Erscheinungsbild führte. Maßstabsbalken: 20 µm.
Dosimetrische Analyse der spezifischen Absorptionsrate (SAR) im Rattenhirn während der Exposition gegenüber 1800 MHz LTE. Ein zuvor beschriebenes heterogenes Modell einer Phantomratte mit Rahmenantenne⁶² wurde verwendet, um die lokale SAR im Gehirn mit einem 0,5 mm³ großen Raster zu bestimmen. (a) Gesamtansicht eines Rattenmodells in einer Expositionsumgebung mit einer Rahmenantenne über dem Kopf und einer metallischen Wärmeleitmatte (gelb) unter dem Körper. (b) Verteilung der SAR-Werte im Gehirn adulter Ratten bei einer räumlichen Auflösung von 0,5 mm³. Der schwarz umrandete Bereich im Sagittalschnitt entspricht dem primären auditorischen Kortex, in dem die Aktivität von Mikroglia und Neuronen analysiert wird. Die farbcodierte Skala der SAR-Werte gilt für alle in der Abbildung dargestellten numerischen Simulationen.
LPS-injizierte Mikroglia im auditorischen Kortex von Ratten nach LTE- oder Scheinbehandlung. (a) Repräsentative Stapelansicht von mit Anti-Iba1-Antikörper gefärbten Mikroglia in Koronarschnitten des LPS-perfundierten auditorischen Kortex von Ratten 3 bis 4 Stunden nach Scheinbehandlung oder LTE-Exposition (Exposition). Maßstabsbalken: 20 µm. (bd) Morphometrische Analyse der Mikroglia 3 bis 4 Stunden nach Scheinbehandlung (offene Punkte) oder LTE-Exposition (exponiert, schwarze Punkte). (b, c) Räumliche Ausdehnung (b) des Mikroglia-Markers Iba1 und Bereiche Iba1-positiver Zellkörper (c). Die Daten repräsentieren die Anti-Iba1-Färbefläche, normiert auf den Mittelwert von Scheinbehandlungstieren. (d) Anzahl der mit Anti-Iba1 gefärbten Mikroglia-Zellkörper. Die Unterschiede zwischen Scheinbehandlungs- (n = 5) und LTE-Tieren (n = 6) waren nicht signifikant (p > 0,05, ungepaarter t-Test). Im Kasten stellen die obere und untere Linie das 25. bis 75. Perzentil bzw. das 5. bis 95. Perzentil dar. Der Mittelwert ist im Kasten rot markiert.
Tabelle 1 fasst die Anzahl der Tiere und die im primären auditorischen Kortex von vier Rattengruppen (Sham, Exposed, Sham-LPS, Exposed-LPS) gewonnenen Mehrzellableitungen zusammen. In den nachfolgenden Ergebnissen berücksichtigen wir alle Ableitungen mit einem signifikanten spektralen temporalen rezeptiven Feld (STRF), d. h. Ton-induzierte Antworten, die mindestens 6 Standardabweichungen über der spontanen Feuerrate liegen (siehe Tabelle 1). Nach diesem Kriterium wählten wir 266 Ableitungen für die Sham-Gruppe, 273 Ableitungen für die Exposed-Gruppe, 299 Ableitungen für die Sham-LPS-Gruppe und 295 Ableitungen für die Exposed-LPS-Gruppe aus.
In den folgenden Abschnitten beschreiben wir zunächst die Parameter, die aus dem spektral-temporalen rezeptiven Feld (d. h. der Reaktion auf reine Töne) und der Reaktion auf xenogene spezifische Vokalisationen extrahiert wurden. Anschließend beschreiben wir die Quantifizierung der Frequenzgangfläche für jede Gruppe. Aufgrund der verschachtelten Daten in unserem Versuchsaufbau wurden alle statistischen Analysen anhand der Anzahl der Positionen im Elektrodenarray (letzte Zeile in Tabelle 1) durchgeführt, während alle nachfolgend beschriebenen Effekte auch auf der Anzahl der Positionen in jeder Gruppe basieren. Gesamtzahl der erfassten Multiunit-Ableitungen (dritte Zeile in Tabelle 1).
Abbildung 4a zeigt die optimale Frequenzverteilung (BF, die eine maximale Antwort bei 75 dB SPL auslöst) kortikaler Neuronen von LPS-behandelten Kontrolltieren (Sham) und exponierten Tieren. Der Frequenzbereich der BF wurde in beiden Gruppen von 1 kHz bis 36 kHz erweitert. Die statistische Analyse ergab eine Ähnlichkeit der Verteilungen (Chi-Quadrat-Test, p = 0,278), was darauf hindeutet, dass Vergleiche zwischen den beiden Gruppen ohne Stichprobenverzerrung möglich sind.
Auswirkungen der LTE-Exposition auf quantifizierte Parameter kortikaler Reaktionen in LPS-behandelten Tieren. (a) BF-Verteilung in kortikalen Neuronen von LPS-behandelten Tieren nach LTE-Exposition (schwarz) und Kontrollgruppe (weiß). Es besteht kein Unterschied zwischen den beiden Verteilungen. (b) Der Effekt der LTE-Exposition auf Parameter zur Quantifizierung des spektralen temporalen rezeptiven Feldes (STRF). Die Antwortstärke war sowohl über das STRF (Gesamtantwortstärke) als auch über die optimalen Frequenzen signifikant reduziert (*p < 0,05, ungepaarter t-Test) (b, c). Antwortdauer, Antwortbandbreite und Bandbreitenkonstante (df) waren ebenfalls reduziert. Sowohl die Stärke als auch die zeitliche Zuverlässigkeit der Reaktionen auf Vokalisationen waren reduziert (g, h). Die Spontanaktivität war nicht signifikant reduziert (i) (*p < 0,05, ungepaarter t-Test). (j, k) Auswirkungen der LTE-Exposition auf kortikale Schwellenwerte. Die mittleren Schwellenwerte waren bei LTE-exponierten Ratten im Vergleich zu Kontrolltieren signifikant höher. Bei Ratten ist dieser Effekt im niedrigen und mittleren Frequenzbereich stärker ausgeprägt.
Die Abbildungen 4b–f zeigen die Verteilung der aus der STRF abgeleiteten Parameter für diese Tiere (Mittelwerte durch rote Linien gekennzeichnet). Die Auswirkungen der LTE-Exposition auf LPS-behandelte Tiere schienen auf eine verringerte neuronale Erregbarkeit hinzudeuten. Erstens waren die Gesamtreaktionsintensität und die Anzahl der Reaktionen in BF im Vergleich zu Sham-LPS-Tieren signifikant geringer (Abb. 4b,c; ungepaarter t-Test, p = 0,0017 bzw. p = 0,0445). Ebenso nahmen die Reaktionen auf Kommunikationsgeräusche sowohl in der Reaktionsstärke als auch in der Zuverlässigkeit zwischen den Versuchen ab (Abb. 4g,h; ungepaarter t-Test, p = 0,043). Die Spontanaktivität war reduziert, dieser Effekt war jedoch nicht signifikant (Abb. 4i; p = 0,0745). Reaktionsdauer, Abstimmungsbandbreite und Reaktionslatenz wurden durch die LTE-Exposition bei LPS-behandelten Tieren nicht beeinflusst (Abb. 4d–f), was darauf hindeutet, dass Frequenzselektivität und Präzision der Onset-Reaktionen durch die LTE-Exposition bei LPS-behandelten Tieren nicht beeinträchtigt wurden. Tiere.
Anschließend untersuchten wir, ob die Hörschwellen im Kortex für reine Töne durch LTE-Exposition verändert wurden. Aus dem Frequenzgangbereich (FRA) jeder Aufzeichnung bestimmten wir die Hörschwellen für jede Frequenz und bildeten den Mittelwert dieser Schwellenwerte für beide Tiergruppen. Abbildung 4j zeigt die mittleren (± Standardfehler des Mittelwerts) Hörschwellen von 1,1 bis 36 kHz bei LPS-behandelten Ratten. Der Vergleich der Hörschwellen der Kontrollgruppe (Sham) und der Expositionsgruppe zeigte einen deutlichen Anstieg der Hörschwellen bei den exponierten Tieren im Vergleich zur Kontrollgruppe (Abb. 4j). Dieser Effekt war im niedrigen und mittleren Frequenzbereich stärker ausgeprägt. Genauer gesagt, erhöhte sich im niedrigen Frequenzbereich (< 2,25 kHz) der Anteil der A1-Neuronen mit hoher Hörschwelle, während der Anteil der Neuronen mit niedriger und mittlerer Hörschwelle abnahm (Chi-Quadrat = 43,85; p < 0,0001; Abb. 4k, linke Abbildung). Der gleiche Effekt zeigte sich im mittleren Frequenzbereich (2,25 < Frequenz (kHz) < 11): ein höherer Anteil kortikaler Ableitungen mit intermediären Schwellenwerten und ein geringerer Anteil von Neuronen mit niedrigen Schwellenwerten im Vergleich zur Kontrollgruppe (Chi-Quadrat = 71,17; p < 0,001; Abb. 4k, mittleres Panel). Auch bei Hochfrequenzneuronen (≥ 11 kHz) bestand ein signifikanter Unterschied im Schwellenwert (p = 0,0059): Der Anteil der Neuronen mit niedriger Schwelle sank, während der Anteil der Neuronen mit mittlerer bis hoher Schwelle anstieg (Chi-Quadrat = 10,853; p = 0,04; Abb. 4k, rechtes Panel).
Abbildung 5a zeigt die optimale Frequenzverteilung (BF, die bei 75 dB SPL eine maximale Antwort hervorruft) kortikaler Neuronen, die bei gesunden Tieren der Sham- und der Expositionsgruppe ermittelt wurde. Die statistische Analyse ergab eine Ähnlichkeit der beiden Verteilungen (Chi-Quadrat, p = 0,157), was darauf hindeutet, dass Vergleiche zwischen den beiden Gruppen ohne Stichprobenverzerrung durchgeführt werden können.
Auswirkungen der LTE-Exposition auf quantifizierte Parameter kortikaler Reaktionen bei gesunden Tieren. (a) BF-Verteilung in kortikalen Neuronen gesunder Tiere nach LTE-Exposition (dunkelblau) und Scheinbehandlung mit LTE (hellblau). Es besteht kein Unterschied zwischen den beiden Verteilungen. (b) Der Effekt der LTE-Exposition auf Parameter zur Quantifizierung des spektralen temporalen rezeptiven Feldes (STRF). Es zeigte sich keine signifikante Veränderung der Reaktionsintensität über das STRF und die optimalen Frequenzen (b, c). Die Reaktionsdauer nahm leicht zu (d), während Reaktionsbandbreite und Bandbreite unverändert blieben (e, f). Weder die Stärke noch die zeitliche Zuverlässigkeit der Reaktionen auf Vokalisationen veränderten sich (g, h). Es zeigte sich keine signifikante Veränderung der Spontanaktivität (i). (*p < 0,05, ungepaarter t-Test). (j, k) Auswirkungen der LTE-Exposition auf kortikale Schwellenwerte. Im Durchschnitt veränderten sich die Schwellenwerte bei LTE-exponierten Ratten im Vergleich zu Scheinbehandlungsratten nicht signifikant, jedoch waren die Schwellenwerte für höhere Frequenzen bei exponierten Tieren etwas niedriger.
Die Abbildungen 5b–f zeigen Boxplots, die die Verteilung und den Mittelwert (rote Linie) der aus den beiden STRF-Datensätzen abgeleiteten Parameter darstellen. Bei gesunden Tieren hatte die LTE-Exposition selbst nur geringen Einfluss auf den Mittelwert der STRF-Parameter. Im Vergleich zur Sham-Gruppe (hellblaue vs. dunkelblaue Boxen für die exponierte Gruppe) veränderte die LTE-Exposition weder die Gesamtreaktionsintensität noch die BF-Reaktion (Abb. 5b,c; ungepaarter t-Test, p = 0,2176 bzw. p = 0,8696). Auch die spektrale Bandbreite und die Latenz blieben unverändert (p = 0,6764 bzw. p = 0,7129), jedoch zeigte sich ein signifikanter Anstieg der Reaktionsdauer (p = 0,047). Ebenso wenig beeinflusste die LTE-Exposition die Stärke der Vokalisationsreaktionen (Abb. 5g, p = 0,4375), die Inter-Trial-Reliabilität dieser Reaktionen (Abb. 5h, p = 0,3412) und die Spontanaktivität (Abb. 5c). 5).5i; p = 0,3256).
Abbildung 5j zeigt die mittleren (± Standardfehler des Mittelwerts) Schwellenwerte von 1,1 bis 36 kHz bei gesunden Ratten. Es zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen Schein- und exponierten Ratten, außer einem etwas niedrigeren Schwellenwert bei exponierten Tieren im Hochfrequenzbereich (11–36 kHz) (ungepaarter t-Test, p = 0,0083). Dieser Effekt spiegelt die Tatsache wider, dass bei exponierten Tieren in diesem Frequenzbereich (Chi-Quadrat = 18,312, p = 0,001; Abb. 5k) etwas mehr Neuronen mit niedrigen und mittleren Schwellenwerten (während Neuronen mit hohen Schwellenwerten) vorhanden waren.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Exposition gesunder Tiere gegenüber LTE keinen Einfluss auf die Reaktionsstärke auf reine Töne und komplexe Geräusche wie Lautäußerungen hatte. Darüber hinaus waren die kortikalen Hörschwellen bei gesunden Tieren in der Expositions- und der Kontrollgruppe vergleichbar, wohingegen die LTE-Exposition bei mit LPS behandelten Tieren zu einem deutlichen Anstieg der kortikalen Schwellenwerte, insbesondere im niedrigen und mittleren Frequenzbereich, führte.
Unsere Studie zeigte, dass die Exposition gegenüber LTE-1800 MHz mit einer lokalen SARACx von 0,5 W/kg (siehe Methoden) bei erwachsenen männlichen Ratten mit akuter Neuroinflammation zu einer signifikanten Reduktion der Intensität schallinduzierter Reaktionen in primären Kommunikationsableitungen führte. Diese Veränderungen der neuronalen Aktivität traten ohne erkennbare Veränderung des von Mikroglia-Fortsätzen abgedeckten räumlichen Bereichs auf. Dieser Effekt von LTE auf die Intensität kortikaler evozierter Reaktionen wurde bei gesunden Ratten nicht beobachtet. Angesichts der Ähnlichkeit der optimalen Frequenzverteilung zwischen den Aufzeichnungseinheiten bei LTE-exponierten und schein-exponierten Tieren lassen sich die Unterschiede in der neuronalen Reaktivität eher auf biologische Effekte der LTE-Signale als auf Abtastverzerrungen zurückführen (Abb. 4a). Darüber hinaus deutet das Ausbleiben von Veränderungen der Reaktionslatenz und der spektralen Abstimmungsbandbreite bei LTE-exponierten Ratten darauf hin, dass diese Ableitungen höchstwahrscheinlich aus denselben kortikalen Schichten stammen, die sich im primären ACx und nicht in sekundären Regionen befinden.
Unseres Wissens wurde der Einfluss von LTE-Signalen auf neuronale Reaktionen bisher nicht beschrieben. Frühere Studien haben jedoch gezeigt, dass GSM-1800 MHz oder 1800 MHz Dauerstrich (CW) die neuronale Erregbarkeit verändern können, wobei die Ergebnisse je nach experimentellem Ansatz deutlich variieren. Kurz nach Exposition gegenüber 1800 MHz CW bei einer SAR von 8,2 W/kg zeigten Ableitungen aus Schneckenganglien verringerte Schwellenwerte für die Auslösung von Aktionspotenzialen und eine verminderte neuronale Modulation. Andererseits wurde die Spiking- und Burst-Aktivität in primären neuronalen Kulturen aus Rattenhirn durch 15-minütige Exposition gegenüber GSM-1800 MHz oder 1800 MHz CW bei einer SAR von 4,6 W/kg reduziert. Diese Hemmung war innerhalb von 30 Minuten nur teilweise reversibel. Eine vollständige Hemmung der Neuronen wurde bei einer SAR von 9,2 W/kg erreicht. Die Dosis-Wirkungs-Analyse zeigte, dass GSM-1800 MHz stärker wirkte. ist wirksamer als 1800 MHz CW bei der Unterdrückung von Burst-Aktivität, was darauf hindeutet, dass neuronale Reaktionen von der HF-Signalmodulation abhängen.
In unserem Versuchsaufbau wurden kortikale evozierte Potenziale in vivo 3 bis 6 Stunden nach Ende der 2-stündigen Kopfexposition erfasst. In einer früheren Studie untersuchten wir die Wirkung von GSM-1800 MHz bei einer SARACx von 1,55 W/kg und fanden keinen signifikanten Effekt auf die durch Schall evozierten kortikalen Potenziale bei gesunden Ratten. Hier war der einzige signifikante Effekt der LTE-1800-MHz-Exposition bei 0,5 W/kg SARACx bei gesunden Ratten eine leichte Verlängerung der Reaktionsdauer bei der Darbietung reiner Töne. Dieser Effekt ist schwer zu erklären, da er nicht mit einer Erhöhung der Reaktionsintensität einhergeht. Dies deutet darauf hin, dass die längere Reaktionsdauer bei gleicher Gesamtzahl der von den kortikalen Neuronen ausgelösten Aktionspotenziale auftritt. Eine Erklärung könnte sein, dass die LTE-Exposition die Aktivität einiger inhibitorischer Interneurone reduziert, da dokumentiert ist, dass im primären ACx die Feedforward-Inhibition die Dauer der durch exzitatorische thalamische Eingänge ausgelösten Pyramidenzellantworten kontrolliert.^33,34,35 36, 37.
Im Gegensatz dazu hatte die LTE-Exposition bei Ratten mit LPS-induzierter Neuroinflammation keinen Einfluss auf die Dauer der durch Schall hervorgerufenen neuronalen Aktivität, jedoch wurden signifikante Effekte auf die Stärke der evozierten Antworten festgestellt. Tatsächlich zeigten Neuronen in LPS-behandelten, LTE-exponierten Ratten im Vergleich zu neuronalen Antworten in LPS-behandelten Kontrolltieren eine Reduktion der Intensität ihrer Reaktionen. Dieser Effekt wurde sowohl bei der Darbietung von reinen Tönen als auch von natürlichen Lautäußerungen beobachtet. Die Reduktion der Intensität der Reaktion auf reine Töne erfolgte ohne Verengung der spektralen Abstimmungsbandbreite von 75 dB und führte, da sie bei allen Schallintensitäten auftrat, zu einer Erhöhung der akustischen Schwellenwerte kortikaler Neuronen im niedrigen und mittleren Frequenzbereich.
Die Reduktion der evozierten Antwortstärke deutete darauf hin, dass die Wirkung der LTE-Signalgebung bei einer SARACx von 0,5 W/kg in LPS-behandelten Tieren vergleichbar mit der Wirkung von GSM-1800 MHz bei dreifach höherer SARACx (1,55 W/kg) war²⁸. Ähnlich wie bei der GSM-Signalgebung könnte die Exposition des Kopfes gegenüber LTE-1800 MHz die neuronale Erregbarkeit in Ratten-ACx-Neuronen, die einer durch LPS ausgelösten Neuroinflammation ausgesetzt sind, verringern. Im Einklang mit dieser Hypothese beobachteten wir auch eine Tendenz zu verringerter Zuverlässigkeit der neuronalen Reaktionen auf Vokalisationen (Abb. 4h) und verringerter Spontanaktivität (Abb. 4i). Es war jedoch schwierig, in vivo zu bestimmen, ob die LTE-Signalgebung die intrinsische neuronale Erregbarkeit oder den synaptischen Input reduziert und dadurch die neuronalen Reaktionen im ACx kontrolliert.
Erstens könnten diese schwächeren Reaktionen auf die intrinsisch reduzierte Erregbarkeit kortikaler Zellen nach Exposition gegenüber LTE 1800 MHz zurückzuführen sein. Diese Annahme wird durch die Beobachtung gestützt, dass GSM-1800 MHz und 1800 MHz-CW die Burst-Aktivität reduzierten, wenn sie direkt auf primäre Kulturen kortikaler Rattenneuronen mit SAR-Werten von 3,2 W/kg bzw. 4,6 W/kg angewendet wurden. Allerdings war ein Schwellenwert des SAR-Wertes erforderlich, um die Burst-Aktivität signifikant zu reduzieren. Als Hinweis auf eine reduzierte intrinsische Erregbarkeit beobachteten wir zudem niedrigere Raten spontaner Entladungen bei exponierten Tieren im Vergleich zu scheinexponierten Tieren.
Zweitens kann die LTE-Exposition auch die synaptische Übertragung von thalamokortikalen oder kortikokortikalen Synapsen beeinflussen. Zahlreiche Studien belegen, dass im auditorischen Kortex die Breite der spektralen Abstimmung nicht allein durch afferente thalamische Projektionen bestimmt wird, sondern dass intrakortikale Verbindungen zusätzlichen spektralen Input zu kortikalen Arealen liefern^39,40. In unseren Experimenten deutete die Tatsache, dass die kortikale STRF bei exponierten und scheinexponierten Tieren ähnliche Bandbreiten aufwies, indirekt darauf hin, dass die Effekte der LTE-Exposition nicht auf die kortikokortikale Konnektivität zurückzuführen sind. Dies legt auch nahe, dass die höhere Konnektivität in anderen kortikalen Regionen, die der SAR ausgesetzt waren, im Vergleich zur ACx (Abb. 2), möglicherweise nicht für die hier berichteten veränderten Reaktionen verantwortlich ist.
Hier zeigte ein größerer Anteil der kortikalen Aufzeichnungen bei LPS-exponierten Tieren hohe Schwellenwerte im Vergleich zu Tieren, die einer LPS-Scheinbehandlung unterzogen wurden. Da angenommen wird, dass die kortikale akustische Schwelle primär durch die Stärke der thalamo-kortikalen Synapse gesteuert wird39,40, kann vermutet werden, dass die thalamo-kortikale Übertragung durch die Exposition teilweise reduziert wird, entweder präsynaptisch (reduzierte Glutamatfreisetzung) oder postsynaptisch (reduzierte Rezeptoranzahl oder -affinität).
Ähnlich den Effekten von GSM-1800 MHz traten LTE-induzierte veränderte neuronale Reaktionen im Kontext einer LPS-induzierten Neuroinflammation auf, die durch mikrogliale Reaktionen charakterisiert ist. Aktuelle Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Mikroglia die Aktivität neuronaler Netzwerke im gesunden und pathologischen Gehirn stark beeinflussen^41,42,43. Ihre Fähigkeit zur Modulation der Neurotransmission hängt nicht nur von der Produktion von Substanzen ab, die die Neurotransmission hemmen oder einschränken können, sondern auch von der hohen Motilität ihrer Zellfortsätze. In der Großhirnrinde führt sowohl eine erhöhte als auch eine verringerte Aktivität neuronaler Netzwerke zu einer raschen Ausdehnung des mikroglialen Aktionsradius aufgrund des Wachstums mikroglialer Fortsätze^44,45. Insbesondere werden mikrogliale Ausstülpungen in der Nähe aktivierter thalamokortikaler Synapsen rekrutiert und können die Aktivität exzitatorischer Synapsen durch Mechanismen hemmen, die die lokale Adenosinproduktion durch Mikroglia beinhalten.
Bei mit LPS behandelten Ratten, die GSM-1800 MHz mit SARACx bei 1,55 W/kg ausgesetzt waren, kam es zu einer verminderten Aktivität der ACx-Neuronen, begleitet vom Wachstum mikroglialer Fortsätze, die sich durch signifikante Iba1-gefärbte Bereiche in ACx28 zeigten. Diese Beobachtung legt nahe, dass die durch GSM-Exposition ausgelöste mikrogliale Umstrukturierung aktiv zur GSM-induzierten Reduktion schallinduzierter neuronaler Reaktionen beitragen kann. Unsere aktuelle Studie spricht gegen diese Hypothese im Kontext der LTE-Kopfexposition mit SARACx begrenzt auf 0,5 W/kg, da wir keine Zunahme des von mikroglialen Fortsätzen bedeckten räumlichen Bereichs feststellen konnten. Dies schließt jedoch einen Effekt der LTE-Signalgebung auf LPS-aktivierte Mikroglia, der wiederum die neuronale Aktivität beeinflussen könnte, nicht aus. Weitere Studien sind erforderlich, um diese Frage zu beantworten und die Mechanismen zu bestimmen, durch die akute Neuroinflammation die neuronalen Reaktionen auf LTE-Signalgebung verändert.
Unseres Wissens wurde der Einfluss von LTE-Signalen auf die auditive Verarbeitung bisher nicht untersucht. Unsere früheren Studien^26,28 und die vorliegende Studie zeigten, dass die alleinige Exposition des Kopfes gegenüber GSM-1800 MHz oder LTE-1800 MHz im Rahmen einer akuten Entzündung zu funktionellen Veränderungen der neuronalen Reaktionen im ACx führte, was sich in einer Erhöhung der Hörschwelle äußerte. Aus mindestens zwei Hauptgründen sollte die Cochlea-Funktion durch unsere LTE-Exposition nicht beeinträchtigt werden. Erstens befinden sich, wie die in Abbildung 2 dargestellte Dosimetriestudie zeigt, die höchsten SAR-Werte (nahe 1 W/kg) im dorsomedialen Kortex (unterhalb der Antenne) und nehmen mit zunehmender lateraler und ventraler Seite des Kopfes deutlich ab. Der Wert kann auf etwa 0,1 W/kg auf Höhe der Rattenohrmuschel (unterhalb des Gehörgangs) geschätzt werden. Zweitens wurden Meerschweinchenohren zwei Monate lang GSM-900-MHz-Strahlung ausgesetzt (5 Tage/Woche, 1 Stunde/Tag, SAR zwischen …). Bei 1 und 4 W/kg) wurden keine messbaren Veränderungen in der Stärke des Verzerrungsprodukts festgestellt. Otoakustische Schwellenwerte für Emissionen und auditorisch evozierte Hirnstammreaktionen 47. Darüber hinaus hatte die wiederholte Exposition des Kopfes gegenüber GSM 900 oder 1800 MHz bei einer lokalen SAR von 2 W/kg keinen Einfluss auf die Funktion der äußeren Haarzellen der Cochlea bei gesunden Ratten48,49. Diese Ergebnisse spiegeln Daten wider, die beim Menschen gewonnen wurden, wo Untersuchungen gezeigt haben, dass eine 10- bis 30-minütige Exposition gegenüber elektromagnetischen Feldern von GSM-Mobiltelefonen keine konsistente Wirkung auf die auditive Verarbeitung hat, wie sie auf Ebene der Cochlea50,51,52 oder des Hirnstamms53,54 gemessen wurde.
In unserer Studie wurden LTE-induzierte Veränderungen der neuronalen Aktivität in vivo 3 bis 6 Stunden nach Expositionsende beobachtet. In einer früheren Studie am dorsomedialen Kortex waren mehrere durch GSM-1800 MHz hervorgerufene Effekte, die 24 Stunden nach Exposition beobachtet wurden, 72 Stunden nach Exposition nicht mehr nachweisbar. Dies betrifft die Expansion von Mikroglia-Fortsätzen, die Herunterregulierung des IL-1β-Gens und die posttranslationale Modifikation von AMPA-Rezeptoren. Da der auditorische Kortex einen niedrigeren SAR-Wert (0,5 W/kg) aufweist als die dorsomediale Region (2,94 W/kg²⁶), scheinen die hier beschriebenen Veränderungen der neuronalen Aktivität vorübergehend zu sein.
Unsere Daten sollten die geltenden SAR-Grenzwerte und Schätzungen der tatsächlich im Gehirn von Mobiltelefonnutzern erreichten SAR-Werte berücksichtigen. Die derzeit zum Schutz der Öffentlichkeit geltenden Normen legen den SAR-Grenzwert für eine lokale Exposition des Kopfes oder Rumpfes gegenüber Hochfrequenzen im HF-Bereich von 100 kHz bis 6 GHz auf 2 W/kg fest.
Mithilfe verschiedener menschlicher Kopfmodelle wurden Dosis-Simulationen durchgeführt, um die HF-Leistungsabsorption in unterschiedlichen Kopfgeweben während der allgemeinen Kopf- oder Mobiltelefonkommunikation zu bestimmen. Neben der Vielfalt der menschlichen Kopfmodelle verdeutlichen diese Simulationen signifikante Unterschiede und Unsicherheiten bei der Abschätzung der vom Gehirn absorbierten Energie anhand anatomischer oder histologischer Parameter wie der äußeren oder inneren Schädelform, der Dicke oder des Wassergehalts. Die verschiedenen Kopfgewebe variieren stark in Abhängigkeit von Alter, Geschlecht und individuellen Gegebenheiten^56,57,58. Darüber hinaus beeinflussen die Eigenschaften von Mobiltelefonen, wie die interne Position der Antenne und die Position des Mobiltelefons relativ zum Kopf des Nutzers, maßgeblich die Höhe und Verteilung der SAR-Werte in der Großhirnrinde^59,60. Betrachtet man jedoch die berichteten SAR-Verteilungen in der menschlichen Großhirnrinde, die anhand von Mobiltelefonmodellen mit Funkfrequenzen im 1800-MHz-Bereich ermittelt wurden^58,59,60, so scheinen die in der menschlichen Hörrinde erreichten SAR-Werte noch immer nur etwa halb so hoch zu sein wie die in der Großhirnrinde. Kortex. Unsere Studie (SARACx 0,5 W/kg). Daher stellen unsere Daten die derzeit für die Öffentlichkeit geltenden Grenzwerte für SAR-Werte nicht in Frage.
Zusammenfassend zeigt unsere Studie, dass eine einmalige Exposition des Kopfes gegenüber LTE-1800 MHz die neuronalen Reaktionen kortikaler Neuronen auf sensorische Reize beeinträchtigt. Im Einklang mit früheren Charakterisierungen der Effekte von GSM-Signalisierung deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Effekte der LTE-Signalisierung auf die neuronale Aktivität vom Gesundheitszustand abhängen. Akute Neuroinflammation sensibilisiert Neuronen gegenüber LTE-1800 MHz, was zu einer veränderten kortikalen Verarbeitung auditiver Reize führt.
Die Daten wurden im Alter von 55 Tagen aus dem zerebralen Kortex von 31 adulten männlichen Wistar-Ratten des Labors Janvier erhoben. Die Ratten wurden in einer Einrichtung mit kontrollierter Luftfeuchtigkeit (50–55 %) und Temperatur (22–24 °C) sowie einem 12-Stunden-Hell-Dunkel-Zyklus (Licht an um 7:30 Uhr) gehalten und hatten freien Zugang zu Futter und Wasser. Alle Experimente wurden gemäß den Richtlinien der Richtlinie 2010/63/EU des Rates der Europäischen Gemeinschaften durchgeführt, die den Richtlinien der Society for Neuroscience für die Verwendung von Tieren in der neurowissenschaftlichen Forschung ähneln. Dieses Protokoll wurde von der Ethikkommission Paris-Sud und Centre (CEEA Nr. 59, Projekt 2014-25, Nationales Protokoll 03729.02) unter Anwendung der von dieser Kommission validierten Verfahren 32-2011 und 34-2012 genehmigt.
Die Tiere wurden mindestens 1 Woche vor der LPS-Behandlung und der Exposition (bzw. Schein-Exposition) gegenüber LTE-EMF an die Koloniekammern gewöhnt.
Zweiundzwanzig Ratten wurden 24 Stunden vor der LTE- oder Scheinbehandlung intraperitoneal (i.p.) mit E. coli LPS (250 µg/kg, Serotyp 0127:B8, SIGMA), verdünnt mit steriler endotoxinfreier isotonischer Kochsalzlösung, injiziert (n pro Gruppe). Bei zwei Monate alten männlichen Wistar-Ratten führt diese LPS-Behandlung zu einer neuroinflammatorischen Reaktion, die sich im zerebralen Kortex durch die Hochregulation mehrerer proinflammatorischer Gene (Tumornekrosefaktor-alpha, Interleukin 1ß, CCL2, NOX2, NOS2) 24 Stunden nach der LPS-Injektion äußert. Dies umfasst einen 4- bzw. 12-fachen Anstieg der Transkriptspiegel für das Enzym NOX2 bzw. Interleukin 1ß. Zu diesem Zeitpunkt (24 Stunden) zeigten die kortikalen Mikroglia die für die LPS-induzierte proinflammatorische Zellaktivierung typische dichte Zellmorphologie (Abbildung 1), die im Gegensatz zu anderen LPS-induzierten Aktivierungen steht. Die zelluläre proinflammatorische Aktivierung entspricht 24, 61.
Die Exposition des Kopfes gegenüber LTE-EMF erfolgte mit dem gleichen Versuchsaufbau wie zuvor zur Untersuchung der Wirkung von GSM-EMF.²⁶ Die LTE-Exposition wurde 24 Stunden nach LPS-Injektion (11 Tiere) bzw. ohne LPS-Behandlung (5 Tiere) durchgeführt. Die Tiere wurden vor der Exposition mit Ketamin/Xylazin (80 mg/kg Ketamin, i.p.; 10 mg/kg Xylazin, i.p.) leicht anästhesiert, um Bewegungen zu verhindern und sicherzustellen, dass sich der Kopf des Tieres innerhalb der Rahmenantenne befand, die das LTE-Signal aussendete (siehe unten). Die Hälfte der Ratten aus demselben Käfig diente als Kontrollgruppe (11 scheinexponierte Tiere von insgesamt 22 mit LPS vorbehandelten Ratten): Sie wurden unter die Rahmenantenne platziert, und die Energie des LTE-Signals wurde auf null eingestellt. Die Gewichte der exponierten und der scheinexponierten Tiere waren vergleichbar (p = 0,558, ungepaarter t-Test, n.s.). Alle anästhesierten Tiere wurden auf eine metallfreie Heizmatte gelegt, um ihre Körpertemperatur aufrechtzuerhalten. Die Temperatur betrug während des gesamten Experiments etwa 37 °C. Wie in den vorherigen Experimenten wurde die Expositionszeit auf 2 Stunden festgelegt. Nach der Exposition wurde das Tier im Operationssaal auf eine weitere Wärmematte gelegt. Das gleiche Expositionsverfahren wurde bei 10 gesunden Ratten (unbehandelt mit LPS) angewendet, von denen die Hälfte aus demselben Käfig stammte und einer Scheinbehandlung unterzogen wurde (p = 0,694).
Das Expositionssystem ähnelte den in früheren Studien beschriebenen Systemen 25 und 62, wobei der Hochfrequenzgenerator durch einen LTE-Generator anstelle eines GSM-Generators ersetzt wurde. Kurz gesagt, ein HF-Generator (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Deutschland), der ein LTE-1800-MHz-Feld emittierte, war mit einem Leistungsverstärker (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, USA), einem Zirkulator (D3 1719-N, Sodhy, Frankreich), einem Zweiwegekoppler (CD D 1824-2, −30 dB, Sodhy, Frankreich) und einem Vierwege-Leistungsteiler (DC D 0922-4N, Sodhy, Frankreich) verbunden, wodurch die gleichzeitige Exposition von vier Tieren ermöglicht wurde. Ein Leistungsmesser (N1921A, Agilent, USA), der an einen bidirektionalen Koppler angeschlossen war, ermöglichte die kontinuierliche Messung und Überwachung der einfallenden und reflektierten Leistung innerhalb des Geräts. Jeder Ausgang war mit einer Rahmenantenne (Sama-Sistemi srl; Roma), wodurch der Kopf des Tieres teilweise freigelegt wird. Die Schleifenantenne besteht aus einer gedruckten Schaltung mit zwei Metallleitungen (Dielektrizitätskonstante εr = 4,6), die in ein isolierendes Epoxidsubstrat eingraviert sind. An einem Ende besteht die Vorrichtung aus einem 1 mm breiten Draht, der einen Ring bildet und nahe am Kopf des Tieres platziert wird. Wie in früheren Studien^26,62 wurde die spezifische Absorptionsrate (SAR) numerisch mithilfe eines numerischen Rattenmodells und der Finite-Differenzen-Zeitbereichs-Methode (FDTD)^63,64,65 bestimmt. Sie wurde auch experimentell in einem homogenen Rattenmodell mithilfe von Luxtron-Sonden zur Messung des Temperaturanstiegs ermittelt. In diesem Fall wird die SAR in W/kg mit der Formel SAR = C ΔT/Δt berechnet, wobei C die Wärmekapazität in J/(kg K), ΔT in °K und Δt die Temperaturänderung und die Zeit in Sekunden ist. Die numerisch ermittelten SAR-Werte wurden mit experimentellen SAR-Werten verglichen, die mithilfe eines homogenen Modells, insbesondere in äquivalenten Rattenhirnregionen, erhalten wurden. Die Differenz zwischen den numerischen Werten Die Differenz zwischen SAR-Messungen und experimentell ermittelten SAR-Werten beträgt weniger als 30 %.
Abbildung 2a zeigt die SAR-Verteilung im Rattenhirn des Rattenmodells. Diese entspricht hinsichtlich Körpergewicht und -größe der Verteilung der in unserer Studie verwendeten Ratten. Die mittlere SAR im Gehirn betrug 0,37 ± 0,23 W/kg (Mittelwert ± Standardabweichung). Die höchsten SAR-Werte wurden im kortikalen Bereich direkt unterhalb der Schleifenantenne gemessen. Die lokale SAR im ACx (SARACx) betrug 0,50 ± 0,08 W/kg (Mittelwert ± Standardabweichung) (Abb. 2b). Da die Körpergewichte der exponierten Ratten homogen sind und Unterschiede in der Dicke des Kopfgewebes vernachlässigbar sind, ist zu erwarten, dass die tatsächliche SAR im ACx oder anderen kortikalen Bereichen bei verschiedenen exponierten Tieren sehr ähnlich ist.
Nach Beendigung der Exposition erhielten die Tiere zusätzliche Dosen Ketamin (20 mg/kg, i.p.) und Xylazin (4 mg/kg, i.p.), bis nach dem Kneifen der Hinterpfote keine Reflexbewegungen mehr beobachtet wurden. Ein Lokalanästhetikum (2%iges Xylocain) wurde subkutan in die Haut und den Musculus temporalis oberhalb des Schädels injiziert, und die Tiere wurden auf ein metallfreies Heizsystem gelegt. Nach Einspannung des Tieres in den Stereotaxierahmen wurde eine Kraniotomie über dem linken Temporallappen durchgeführt. Wie in unserer vorherigen Studie⁶⁶ wurde die Öffnung, ausgehend von der Verbindung zwischen Scheitel- und Schläfenbein, 9 mm breit und 5 mm hoch angelegt. Die Dura mater oberhalb des ACx wurde unter binokularer Kontrolle vorsichtig entfernt, ohne die Blutgefäße zu verletzen. Abschließend wurde mit zahnärztlichem Acrylzement eine Basis zur atraumatischen Fixierung des Tierkopfes während der Aufzeichnung hergestellt. Der Stereotaxierahmen mit dem Tier wurde in eine akustische Dämpfungskammer (IAC, Modell AC1) platziert.
Die Daten stammen aus Mehrkanalableitungen im primären auditorischen Kortex von 20 Ratten, darunter 10 mit LPS vorbehandelte Tiere. Extrazelluläre Ableitungen wurden mit einem Array aus 16 Wolframelektroden (TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ) durchgeführt, bestehend aus zwei Reihen mit je 8 Elektroden im Abstand von 1000 µm (350 µm zwischen den Elektroden derselben Reihe). Ein Silberdraht (ø: 300 µm) zur Erdung wurde zwischen dem Schläfenbein und der kontralateralen Dura mater eingeführt. Die geschätzte Lage des primären auditorischen Kortex (ACx) liegt 4–7 mm posterior zum Bregma und 3 mm ventral zur Sutura supratemporalis. Das Rohsignal wurde 10.000-fach verstärkt (TDT Medusa) und anschließend mit einem Mehrkanal-Datenerfassungssystem (RX5, TDT) verarbeitet. Die von jeder Elektrode erfassten Signale wurden gefiltert (610–10.000 Hz), um die relevanten Informationen zu extrahieren. Multi-Unit-Aktivität (MUA). Die Trigger-Schwellenwerte wurden für jede Elektrode sorgfältig festgelegt (von Koautoren, die hinsichtlich des Expositions- oder Schein-Expositionszustands verblindet waren), um das größte Aktionspotenzial aus dem Signal auszuwählen. Die Online- und Offline-Analyse der Wellenformen zeigte, dass die hier erfasste MUA aus Aktionspotenzialen bestand, die von 3 bis 6 Neuronen in der Nähe der Elektroden generiert wurden. Zu Beginn jedes Experiments positionierten wir die Elektrodenanordnung so, dass zwei Reihen mit je acht Elektroden Neuronen mit unterschiedlichen Frequenzen – von niedrigen bis zu hohen Frequenzen – in rostraler Ausrichtung erfassen konnten.
Akustische Reize wurden in Matlab generiert, an ein RP2.1-basiertes Schallübertragungssystem (TDT) übertragen und an einen Fostex-Lautsprecher (FE87E) gesendet. Der Lautsprecher befand sich 2 cm vom rechten Ohr der Ratte entfernt. In diesem Abstand erzeugte er ein flaches Frequenzspektrum (± 3 dB) zwischen 140 Hz und 36 kHz. Die Lautsprecherkalibrierung erfolgte mit Rauschen und reinen Tönen, die mit einem Bruel & Kjaer Mikrofon 4133, einem B&K Vorverstärker 2169 und einem digitalen Rekorder Marantz PMD671 aufgenommen wurden. Das spektrale rezeptive Feld (STRF) wurde mit 97 Gamma-Tonfrequenzen bestimmt, die acht Oktaven (0,14–36 kHz) abdeckten und in zufälliger Reihenfolge mit 75 dB SPL bei 4,15 Hz präsentiert wurden. Die Frequenzgangfläche (FRA) wurde mit demselben Tonsatz bestimmt, der in zufälliger Reihenfolge mit 2 Hz von 75 bis 5 Hz präsentiert wurde. dB SPL. Jede Frequenz wird achtmal bei jeder Intensität wiedergegeben.
Die Reaktionen auf natürliche Reize wurden ebenfalls untersucht. In früheren Studien beobachteten wir, dass Rattenvokalisationen im ACx selten starke Reaktionen auslösten, unabhängig von der neuronalen Optimalfrequenz (BF), während xenograftspezifische Reize (z. B. Singvogel- oder Meerschweinchenvokalisationen) typischerweise die gesamte Tonkarte beeinflussten. Daher testeten wir kortikale Reaktionen auf Vokalisationen bei Meerschweinchen (der in 36 Fällen verwendete Pfiff war mit 1 s langen Reizen verbunden, die 25 Mal präsentiert wurden).

Wir können die passiven HF-Bauteile auch nach Ihren Anforderungen anpassen. Auf der Anpassungsseite können Sie die benötigten Spezifikationen angeben.
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