뉴스 - 염증성 조건에서 1800MHz LTE 전자기장에 노출되면 반응이 감소합니다.

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모바일 전화 통신에 대한 수요가 끊임없이 증가함에 따라 무선 기술(G)이 지속적으로 등장하고 있으며, 이는 생물학적 시스템에 다양한 영향을 미칠 수 있습니다. 이를 테스트하기 위해 쥐를 4G LTE(장기 진화)-1800MHz 전자기장(EMF)에 2시간 동안 단일 헤드 노출시켰습니다. 그런 다음 리포폴리사카라이드로 유도된 급성 신경 염증이 미세아교세포의 공간적 범위와 일차 청각 피질(ACx)의 전기 생리학적 신경 활동에 미치는 영향을 평가했습니다. ACx의 평균 SAR은 0.5W/kg입니다. 다중 단위 녹음은 LTE-EMF가 순수 음과 자연스러운 발성에 대한 반응 강도를 감소시키는 반면 저주파 및 중주파에 대한 음향 역치를 증가시킨다는 것을 보여줍니다. Iba1 면역 조직 화학 검사는 미세아교세포와 돌기로 덮인 영역에 변화가 없음을 보여주었습니다. 건강한 쥐에서 동일한 LTE 노출은 반응 강도와 음향 역치의 변화를 유도하지 않았습니다. 우리의 데이터는 급성 신경 염증이 신경 세포를 LTE-EMF에 민감하게 만들어 ACx에서 음향 자극 처리가 변화됩니다.
인류의 전자기 환경은 무선 통신의 지속적인 확장으로 인해 지난 30년 동안 극적으로 변화했습니다.현재 인구의 3분의 2 이상이 휴대전화(MP) 사용자로 간주됩니다.이 기술의 대규모 확산은 MP 또는 기지국에서 방출되고 통신을 인코딩하는 무선 주파수(RF) 범위의 펄스 전자기장(EMF)의 잠재적으로 위험한 영향에 대한 우려와 논쟁을 불러일으켰습니다.이 공중 보건 문제는 생물학적 조직에서 무선 주파수 흡수의 영향을 조사하는 데 전념한 여러 실험 연구에 영감을 주었습니다.이러한 연구 중 일부는 MP의 광범위한 사용으로 인해 뇌가 RF 소스에 가까워짐에 따라 신경망 활동과 인지 과정의 변화를 찾았습니다.보고된 많은 연구는 2세대(2G) 글로벌 이동 통신 시스템(GSM) 또는 광대역 코드 분할 다중 접속(WCDMA)/3세대 범용 이동 통신 시스템(WCDMA/3G UMTS)에서 사용되는 펄스 변조 신호의 영향을 다룹니다.4세대에서 사용되는 무선 주파수 신호의 영향에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. (4G) 모바일 서비스는 Long Term Evolution(LTE) 기술이라고 하는 완전 디지털 인터넷 프로토콜 기술을 사용합니다. 2011년에 출시된 LTE 핸드셋 서비스는 2022년 1월에 전 세계 LTE 가입자가 66억 명에 달할 것으로 예상됩니다(GSMA: //gsacom.com). 단일 캐리어 변조 방식을 기반으로 하는 GSM(2G) 및 WCDMA(3G) 시스템과 비교할 때 LTE는 기본 신호 형식으로 OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)을 사용합니다. 전 세계적으로 LTE 모바일 서비스는 GSM에서도 사용되는 900MHz와 1800MHz 대역을 포함하여 450MHz와 3700MHz 사이의 다양한 주파수 대역을 사용합니다.
RF 노출이 생물학적 과정에 영향을 미치는 능력은 주로 W/kg으로 표현되는 특정 흡수율(SAR)에 의해 결정되며, 이는 생물학적 조직에 흡수된 에너지를 측정합니다. 건강한 인간 자원 봉사자를 대상으로 2.573GHz LTE 신호에 30분간 머리를 노출했을 때 전역 신경망 활동에 미치는 영향을 최근 조사했습니다. 휴식 상태 fMRI를 사용하여 LTE 노출이 자발적으로 느린 주파수 변동과 지역 내 또는 지역 간 연결성 변화를 유발할 수 있는 반면, 주제 7, 8, 9에 따르면 10g의 조직에 대한 평균 공간 피크 SAR 수준은 0.42~1.52W/kg 사이로 추정되었습니다. 유사한 노출 조건(30분 지속, 대표적인 인간 머리 모델을 사용하여 추정 피크 SAR 수준 1.34W/kg)에서 EEG 분석은 알파 및 베타 대역에서 스펙트럼 전력과 반구 코히어런스가 감소한 것을 보여주었습니다. 그러나 EEG 분석을 기반으로 한 다른 두 연구에서는 최대 20분 또는 30분의 LTE 머리 노출이 약 2W/kg로 설정된 국소 SAR 수준은 감지 가능한 효과가 없거나11 알파 대역의 스펙트럼 전력이 감소하는 결과를 초래했지만, 스트룹 테스트12로 평가한 기능에서 인지는 변화가 없었습니다. GSM 또는 UMTS EMF 노출의 효과를 구체적으로 살펴보는 EEG 또는 인지 연구 결과에서도 상당한 차이가 발견되었습니다. 이러한 차이는 신호 유형 및 변조, 노출 강도 및 지속 시간을 포함한 방법 설계 및 실험 매개변수의 차이 또는 연령, 해부학적 구조 또는 성별에 따른 인간 피험자의 이질성에서 비롯된 것으로 생각됩니다.
지금까지 LTE 신호 전달에 노출되면 뇌 기능에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 사용된 동물 연구는 거의 없습니다.최근에 배아 후기 단계부터 이유기까지 발달 중인 쥐에 전신 노출(하루 30분, 주 5일, 평균 전신 SAR 0.5 또는 1 W/kg)을 시킨 결과 성인의 운동 및 식욕 행동이 변화된 것으로 보고되었습니다.성인 쥐에게 반복적인 전신 노출(6주 동안 하루 2ha)을 주면 산화 스트레스가 유발되고 시신경에서 얻은 시각 유발 전위의 진폭이 감소하는 것으로 나타났으며, 최대 SAR은 10 mW/kg 정도로 낮은 것으로 추산됩니다.
세포 및 분자 수준을 포함한 다양한 규모에서의 분석 외에도, 설치류 모델은 질병 발생 중 RF 노출의 영향을 연구하는 데 사용될 수 있습니다. 이는 이전에 급성 신경 염증의 맥락에서 GSM 또는 WCDMA/3G UMTS EMF에 초점을 맞춘 연구와 유사합니다. 연구에서는 발작, 신경퇴행성 질환 또는 신경교종이 RF 노출의 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 16,17,18,19,20
리포폴리사카라이드(LPS)를 주입한 설치류는 매년 인구의 대부분에게 영향을 미치는 바이러스나 박테리아로 인한 양성 감염성 질환과 관련된 급성 신경 염증 반응의 전형적인 전임상 모델입니다. 이 염증 상태는 발열, 식욕 부진, 사회적 상호 작용 감소를 특징으로 하는 가역적인 질병 및 우울 행동 증후군으로 이어집니다. 미세아교세포와 같은 상주 중추신경계 식세포는 이 신경 염증 반응의 주요 효과 세포입니다. LPS로 설치류를 치료하면 미세아교세포가 활성화되어 모양과 세포 과정이 재구성되고 전사체 프로필이 크게 변하며, 여기에는 염증성 사이토카인이나 효소를 인코딩하는 유전자가 상향 조절되어 신경 네트워크에 영향을 미칩니다(활동 22, 23, 24).
LPS로 처리한 쥐에서 GSM-1800MHz EMF에 2시간 동안 머리를 단번 노출시켰을 때의 효과를 연구한 결과, GSM 신호가 대뇌 피질에서 세포 반응을 유발하여 유전자 발현, 글루타메이트 수용체 인산화, 신경 세포 메타 유발 발화 및 대뇌 피질 내 미세아교세포의 형태에 영향을 미치는 것을 발견했습니다. 이러한 효과는 동일한 GSM 노출을 받은 건강한 쥐에서는 발견되지 않았는데, 이는 LPS로 유발된 신경 염증 상태가 중추 신경계를 GSM 신호에 민감하게 만든다는 것을 시사합니다. 국소 SAR이 평균 1.55W/kg인 LPS로 처리한 쥐의 청각 피질(ACx)에 초점을 맞춰, GSM 노출로 인해 미세아교세포 돌기의 길이 또는 분지가 증가하고 순수 음과 자연 자극에 의해 유발된 신경 반응이 감소하는 것을 관찰했습니다.
현재 연구에서는 머리만 LTE-1800MHz 신호에 노출되었을 때 미세아교세포 형태와 ACx의 신경 활동이 변화하여 노출 강도가 3분의 2로 감소하는지 알아보고자 했습니다. 본 연구에서는 LTE 신호가 미세아교세포 과정에는 영향을 미치지 않지만 SAR 값이 0.5W/kg인 LPS로 처리한 쥐의 ACx에서 소리로 유발되는 피질 활동이 상당히 감소하는 것을 보여주었습니다.
염증 유발 조건에서 GSM-1800MHz에 노출되면 미세아교세포의 형태가 변한다는 이전 증거를 바탕으로, 우리는 LTE 신호에 노출된 후 이 효과가 나타나는지 조사했습니다.
성체 쥐에게 머리 부분만 가성 노출시키거나 LTE-1800MHz에 노출시키기 24시간 전에 LPS를 주입했습니다. 노출 후, LPS에 의해 유발되는 신경염증 반응이 대뇌 피질에서 나타났으며, 이는 염증유전자의 상향조절과 피질 미세아교세포 형태의 변화에서 확인할 수 있습니다(그림 1). LTE 머리에 노출되는 전력은 ACx에서 평균 SAR 수준이 0.5W/kg이 되도록 설정했습니다(그림 2). LPS에 의해 활성화된 미세아교세포가 LTE EMF에 반응하는지 확인하기 위해, 이 세포들을 선택적으로 표지한 항-Iba1 염색을 한 피질 절편을 분석했습니다. 그림 3a에서 볼 수 있듯이, 가성 또는 LTE 노출 3~4시간 후 고정한 ACx 절편에서 미세아교세포는 매우 유사하게 보였으며, LPS 염증유발 처리에 의해 유도된 "밀집된" 세포 형태를 보였습니다(그림 1). 형태학적 반응이 나타나지 않은 것과 마찬가지로, 정량적 이미지 분석 결과 총 면적에는 유의미한 차이가 없었습니다. LTE 쥐와 가성 노출 동물에서 Iba 1 염색 세포체에 노출된 것을 비교했을 때(비쌍으로 된 t-검정, p = 0.308) 또는 Iba1 면역 반응성의 면적(p = 0.196)과 밀도(p = 0.061)(그림 3b-d).
LPS 복강 주사가 대뇌 피질 미세아교세포 형태에 미치는 영향. LPS 또는 대조군을 복강 내 주사한 지 24시간 후 대뇌 피질 관상면(등쪽 중앙 영역)에서 미세아교세포를 나타낸 대표적 사진. 세포는 이전에 설명한 바와 같이 항-Iba1 항체로 염색하였다. LPS 염증 유발 치료는 미세아교세포 형태에 변화를 초래하였는데, 근위부 비후와 세포 돌기의 짧은 2차 분지 증가가 그 결과 "밀집된" 모양이 나타났다. 스케일 바: 20 µm.
영어: 1800MHz LTE에 노출되는 동안 쥐 뇌의 특정 흡수율(SAR)에 대한 선량 분석. 이전에 설명된 팬텀 쥐와 루프 안테나62의 이질 모델을 사용하여 0.5mm3 입방 격자로 뇌의 국소적 SAR을 평가했습니다.(a) 머리 위에 루프 안테나가 있고 몸 아래에 금속 열 패드(노란색)가 있는 노출 설정에서 쥐 모델의 전반적인 보기.(b) 0.5mm3 공간 분해능에서 성인 뇌의 SAR 값 분포. 시상 단면에서 검은색 윤곽선으로 구분된 영역은 미세아교세포와 신경 세포 활동을 분석하는 일차 청각 피질에 해당합니다. SAR 값의 색상으로 구분된 척도는 그림에 표시된 모든 수치 시뮬레이션에 적용됩니다.
LPS를 주입한 쥐 청각 피질의 미세아교세포는 LTE 또는 Sham 노출 후입니다.(a) LPS를 주입한 쥐 청각 피질의 관상 절편에서 Sham 또는 LTE 노출(노출) 3~4시간 후에 항-Iba1 항체로 염색된 미세아교세포의 대표적인 적층 보기입니다.척도 막대: 20µm.(bd) Sham(열린 점) 또는 LTE 노출(노출, 검은색 점) 3~4시간 후에 미세아교세포의 형태계측학적 평가입니다.(b, c) 미세아교세포 마커 Iba1의 공간적 범위(b)와 Iba1 양성 세포체 영역(c).데이터는 Sham 노출 동물의 평균으로 정규화된 항-Iba1 염색 영역을 나타냅니다.(d) 항-Iba1로 염색된 미세아교세포체의 수입니다.Sham(n = 5)과 LTE(n = 6) 동물 간의 차이는 유의하지 않았습니다(p > 0.05, 비페어 t-검정).위쪽과 상자의 아래쪽에서 위쪽과 아래쪽 선은 각각 25~75번째 백분위수와 5~95번째 백분위수를 나타냅니다. 평균값은 상자 안에서 빨간색으로 표시되어 있습니다.
표 1은 4개 그룹의 쥐(가짜 쥐, 노출 쥐, 가짜 쥐-LPS 쥐, 노출 쥐-LPS 쥐)의 1차 청각 피질에서 얻은 동물 수와 다중 단위 녹음을 요약한 것입니다. 아래 결과에는 유의미한 스펙트럼 시간적 수용 영역(STRF)을 나타내는 모든 녹음, 즉 자발적 발사율보다 최소 6표준편차 높은 음색 유발 반응을 포함하는 것입니다(표 1 참조). 이 기준을 적용하여 가짜 쥐 그룹에 대해 266개 기록, 노출 쥐 그룹에 대해 273개 기록, 가짜 쥐-LPS 그룹에 대해 299개 기록, 노출 쥐-LPS 그룹에 대해 295개 기록을 선택했습니다.
다음 단락에서는 먼저 스펙트럼-시간 수용 영역에서 추출된 매개변수(즉, 순음에 대한 반응)와 이종 특이적 발성에 대한 반응을 설명하겠습니다. 그런 다음 각 그룹에서 얻은 주파수 응답 영역의 정량화를 설명하겠습니다. 실험 설계에 "중첩 데이터"30가 존재한다는 점을 고려하여 모든 통계 분석은 전극 배열의 위치 수(표 1의 마지막 행)를 기반으로 수행되었지만, 아래에 설명된 모든 효과 또한 각 그룹의 위치 수를 기반으로 했습니다. 수집된 다중 단위 녹음의 총 수(표 1의 세 번째 행).
그림 4a는 LPS로 처리한 Sham과 노출된 동물에서 얻은 피질 뉴런의 최적 주파수 분포(BF, 75 dB SPL에서 최대 반응을 유발)를 보여줍니다. 두 그룹 모두에서 BF의 주파수 범위는 1kHz에서 36kHz로 확장되었습니다. 통계 분석 결과 이러한 분포는 유사한 것으로 나타났습니다(카이제곱, p = 0.278). 이는 두 그룹 간의 비교가 표집 편향 없이 이루어질 수 있음을 시사합니다.
LPS 처리 동물에서 피질 반응의 정량화된 매개변수에 대한 LTE 노출의 영향.(a) LTE에 노출된 LPS 처리 동물의 피질 뉴런에서 BF 분포(검정색)와 LTE에 가성 노출된 LPS 처리 동물(흰색). 두 분포 사이에는 차이가 없다.(bf) 스펙트럼 시간적 수용 영역(STRF)을 정량화하는 매개변수에 대한 LTE 노출의 영향. 반응 강도는 STRF(전체 반응 강도)와 최적 주파수 모두에서 유의하게 감소했다(*p < 0.05, 비대응 t-검정). 반응 지속 시간, 반응 대역폭 및 대역폭 상수(df). 발성에 대한 반응의 강도와 시간적 신뢰도가 모두 감소했다(g, h). 자발적 활동은 유의하게 감소하지 않았다(i).(*p < 0.05, 비대응 t-검정).(j,k) 피질 역치에 대한 LTE 노출의 영향. 평균 역치는 가성 노출 쥐에 비해 LTE 노출 쥐에서 유의하게 높았다. 쥐. 이 효과는 저주파와 중주파에서 더 두드러집니다.
그림 4b-f는 이러한 동물의 STRF에서 파생된 매개변수 분포를 보여줍니다(빨간색 선으로 평균 표시).LPS로 처리한 동물에 대한 LTE 노출의 영향은 신경 흥분성 감소를 나타내는 것으로 보입니다.첫째, 전반적인 반응 강도와 반응은 Sham-LPS 동물과 비교하여 BF에서 유의하게 낮았습니다(그림 4b,c 비페어 t-검정, p = 0.0017; 및 p = 0.0445).마찬가지로, 의사소통 소리에 대한 반응은 반응 강도와 시행 간 신뢰도 모두에서 감소했습니다(그림 4g,h; 비페어 t-검정, p = 0.043).자발적인 활동이 감소했지만 이 효과는 유의하지 않았습니다(그림 4i; p = 0.0745).반응 지속 시간, 튜닝 대역폭 및 반응 지연은 LPS로 처리한 동물에서 LTE 노출의 영향을 받지 않았습니다(그림 4d–f).이는 주파수 선택성과 발병 반응의 정밀도가 LPS로 처리한 동물에서 LTE 노출의 영향을 받지 않는다는 것을 나타냅니다.
다음으로 순수 음조 피질 역치가 LTE 노출에 의해 변경되는지 평가했습니다.각 녹음에서 얻은 주파수 응답 영역(FRA)에서 각 주파수에 대한 청각 역치를 결정하고 두 동물 그룹의 역치를 평균화했습니다.그림 4j는 LPS로 처리한 쥐에서 1.1kHz에서 36kHz까지의 평균(± sem) 역치를 보여줍니다.Sham 그룹과 노출 그룹의 청각 역치를 비교하면 Sham 동물에 비해 노출 동물의 역치가 상당히 증가한 것으로 나타났습니다(그림 4j).이 효과는 저주파와 중주파에서 더 두드러졌습니다.더 정확히 말하면 저주파(< 2.25 kHz)에서 높은 역치를 가진 A1 뉴런의 비율이 증가한 반면, 낮고 중간 역치를 가진 뉴런의 비율은 감소했습니다(카이제곱 = 43.85; p < 0.0001; 그림 4k, 왼쪽 그림). 동일한 효과가 중간 주파수(2.25 < Freq(kHz) < 11)에서도 나타났습니다. 노출되지 않은 그룹과 비교했을 때 중간 임계값을 가진 피질 기록의 비중이 더 높고 낮은 임계값을 가진 뉴런의 비중이 더 낮았습니다(카이제곱 = 71.17; p < 0.001; 그림 4k, 중간 패널). 고주파 뉴런의 임계값에도 유의미한 차이가 있었습니다(≥ 11 kHz, p = 0.0059). 낮은 임계값 뉴런의 비중이 감소하고 중간-높은 임계값의 비중이 증가했습니다(카이제곱 = 10.853; p = 0.04 그림 4k, 오른쪽 패널).
그림 5a는 건강한 동물에서 얻은 Sham 그룹과 Exposed 그룹의 피질 뉴런의 최적 주파수 분포(BF, 75dB SPL에서 최대 반응을 유발)를 보여줍니다. 통계 분석 결과 두 분포가 유사한 것으로 나타났습니다(카이제곱, p = 0.157). 이는 두 그룹 간의 비교가 표집 편향 없이 이루어질 수 있음을 시사합니다.
건강한 동물의 피질 반응에 대한 정량화된 매개변수에 대한 LTE 노출의 효과.(a) 건강한 동물이 LTE에 노출된 경우(짙은 파란색)와 LTE에 가성 노출된 경우(연한 파란색)의 피질 뉴런에서 BF 분포.두 분포 사이에는 차이가 없습니다.(bf) LTE 노출이 스펙트럼 시간적 수용 영역(STRF)을 정량화하는 매개변수에 미치는 영향.STRF와 최적 주파수에서 반응 강도에 유의미한 변화는 없었습니다(b, c).반응 지속 시간이 약간 증가했지만(d), 반응 대역폭과 대역폭에는 변화가 없었습니다(e, f).발성에 대한 반응의 강도나 시간적 신뢰도는 변하지 않았습니다(g, h).자발적 활동에는 유의미한 변화가 없었습니다(i).(*p < 0.05 비쌍 t 검정).(j, k) LTE 노출이 피질 역치에 미치는 영향.평균적으로 LTE 노출 쥐에서 역치는 가성 노출 쥐와 비교하여 유의미하게 변하지 않았지만, 고주파수 역치는 노출된 동물에서 약간 낮았습니다.
그림 5b-f는 두 세트의 STRF에서 파생된 매개변수의 분포와 평균(빨간색 선)을 나타내는 상자 그림을 보여줍니다. 건강한 동물에서 LTE 노출 자체는 STRF 매개변수의 평균값에 거의 영향을 미치지 않았습니다. Sham 그룹(노출 그룹의 경우 밝은 파란색 상자 대 어두운 파란색 상자)과 비교했을 때 LTE 노출은 전체 반응 강도나 BF의 반응을 변화시키지 않았습니다(그림 5b, c; 비페어 t-검정, p = 0.2176 및 p = 0.8696). 또한 스펙트럼 대역폭과 지연 시간(각각 p = 0.6764 및 p = 0.7129)에는 영향이 없었지만 반응 지속 시간은 상당히 증가했습니다(p = 0.047). 발성 반응의 강도(그림 5g, p = 0.4375), 이러한 반응의 시행 간 신뢰도(그림 5h, p = 0.3412) 및 자발적 활동(그림 5).5i; p = 0.3256).
그림 5j는 건강한 쥐에서 1.1~36kHz의 평균(± sem) 임계값을 보여줍니다. 노출된 동물에서 고주파(11~36kHz)에서 임계값이 약간 낮은 것을 제외하고는 가성 쥐와 노출된 쥐 사이에 유의미한 차이가 나타나지 않았습니다(짝짓지 않은 t-검정, p = 0.0083). 이 효과는 노출된 동물에서 이 주파수 범위(카이제곱 = 18.312, p = 0.001; 그림 5k)에서 낮음과 중간 임계값을 가진 뉴런이 약간 더 많았고(높음 임계값에서는 뉴런이 적었습니다).
결론적으로 건강한 동물을 LTE에 노출시켰을 때 순수한 음과 발성과 같은 복잡한 소리에 대한 반응 강도에 영향이 없었습니다. 나아가 건강한 동물의 경우, 노출된 동물과 가짜 동물 간에 피질 청각 역치가 유사했지만, LPS를 투여한 동물의 경우 LTE 노출로 인해 피질 역치가 상당히 증가했으며, 특히 저주파와 중주파 범위에서 증가했습니다.
우리 연구는 급성 신경 염증을 경험하는 성인 수컷 쥐에서 국소 SARACx가 0.5 W/kg인 LTE-1800MHz에 노출시킨 결과(방법 참조) 의사소통의 1차 녹음에서 소리 유발 반응의 강도가 상당히 감소하는 결과를 보였습니다. 이러한 신경 활동의 변화는 미세아교 세포 과정이 담당하는 공간 영역의 범위에 명백한 변화가 없이 발생했습니다. 건강한 쥐에서는 대뇌 피질 유발 반응의 강도에 대한 LTE의 효과가 관찰되지 않았습니다. LTE에 노출된 동물과 가짜 노출된 동물의 녹음 단위 간 최적 주파수 분포가 유사한 것을 고려할 때 신경 반응성의 차이는 샘플링 편향보다는 LTE 신호의 생물학적 효과에 기인할 수 있습니다(그림 4a). 나아가 LTE에 노출된 쥐에서 반응 지연 시간과 스펙트럼 튜닝 대역폭에 변화가 없다는 것은 이러한 녹음이 2차 영역이 아닌 1차 ACx에 위치한 동일한 피질 층에서 샘플링되었을 가능성이 높다는 것을 시사합니다.
우리의 지식에 따르면, LTE 신호가 신경 반응에 미치는 영향은 이전에 보고된 적이 없습니다. 그러나 이전 연구에서는 GSM-1800MHz 또는 1800MHz 연속파(CW)가 신경 흥분성을 변화시키는 능력을 입증했지만 실험적 접근 방식에 따라 유의미한 차이가 있었습니다. SAR 수준이 8.2W/kg인 1800MHz CW에 노출된 직후, 달팽이 신경절에서 녹음한 결과 활동 전위와 신경 조절을 유발하는 임계값이 감소했습니다. 반면, 쥐 뇌에서 유래한 1차 신경 배양액에서 스파이킹 및 버스팅 활동은 SAR 수준이 4.6W/kg인 GSM-1800MHz 또는 1800MHz CW에 15분 동안 노출되면 감소했습니다. 이 억제는 노출 후 30분 이내에 부분적으로만 가역적이었습니다. SAR 수준이 9.2W/kg일 때 신경 세포의 완전한 침묵이 달성되었습니다. 용량-반응 분석 결과 GSM-1800MHz는 버스트 활동을 억제하는 데 있어 1800MHz CW보다 더 효과적이었으며, 이는 신경 반응이 RF 신호 변조에 따라 달라진다는 것을 시사합니다.
우리의 설정에서, 피질 유발 반응은 2시간의 머리만 노출이 끝난 후 3~6시간 후에 생체 내에서 수집되었습니다. 이전 연구에서, 우리는 1.55 W/kg의 SARACx에서 GSM-1800 MHz의 효과를 조사했으며, 건강한 쥐에서 소리 유발 피질 반응에 유의미한 영향을 미치지 않는다는 것을 발견했습니다. 이 연구에서 건강한 쥐에서 0.5 W/kg SARACx의 LTE-1800에 노출되었을 때 유발된 유일한 유의미한 효과는 순음이 제시되었을 때 반응 지속 시간이 약간 증가한 것이었습니다. 이 효과는 반응 강도의 증가를 수반하지 않기 때문에 설명하기 어렵습니다. 이는 이러한 긴 반응 지속 시간이 피질 뉴런에서 발사되는 총 활동 전위 수가 동일할 때 발생한다는 것을 시사합니다. 한 가지 설명은 LTE 노출이 일부 억제성 인터뉴런의 활동을 감소시킬 수 있다는 것입니다. 왜냐하면 일차 ACx에서 피드포워드 억제가 흥분성 시상 입력에 의해 유발되는 피라미드 세포 반응의 지속 시간을 제어한다는 것이 기록되어 있기 때문입니다. 35, 36, 37.
이와 대조적으로, LPS로 유발된 신경 염증에 노출된 쥐의 경우 LTE 노출은 소리에 의해 유발되는 신경 발화의 지속 시간에 영향을 미치지 않았지만 유발된 반응의 강도에는 상당한 영향이 감지되었습니다. 실제로 LPS 가짜 노출 쥐에서 기록된 신경 반응과 비교했을 때, LTE에 노출된 LPS 처리 쥐의 신경 세포는 반응 강도가 감소했으며, 이 효과는 순음과 자연스러운 발성을 제시했을 때 모두 관찰되었습니다. 순음에 대한 반응 강도의 감소는 75dB의 스펙트럼 튜닝 대역폭을 좁히지 않고 발생했으며 모든 소리 강도에서 발생했기 때문에 저주파와 중주파에서 피질 신경 세포의 음향 역치가 증가했습니다.
유발 반응 강도의 감소는 LPS로 처리한 동물에서 SARACx가 0.5W/kg일 때 LTE 신호 전달의 효과가 SARACx가 3배 높은(1.55W/kg) GSM-1800MHz를 적용한 것과 유사하다는 것을 나타냅니다.GSM 신호 전달의 경우, LTE-1800MHz에 머리를 노출시키면 LPS로 유발된 신경 염증에 노출된 쥐 ACx 뉴런의 신경 흥분성이 감소할 수 있습니다.이 가설에 따라 발성에 대한 신경 반응의 시험 신뢰도가 감소하는 경향(그림 4h)과 자발적 활동이 감소하는 경향(그림 4i)도 관찰했습니다.그러나 LTE 신호 전달이 뉴런의 내재적 흥분성을 감소시키는지 또는 시냅스 입력을 감소시켜 ACx에서 신경 반응을 제어하는지 생체 내에서 확인하는 것은 어려웠습니다.
첫째, 이러한 약한 반응은 LTE 1800MHz에 노출된 후 피질 세포의 본질적으로 감소된 흥분성 때문일 수 있습니다. 이러한 생각을 뒷받침하기 위해 GSM-1800MHz와 1800MHz-CW는 각각 SAR 수준이 3.2W/kg 및 4.6W/kg인 피질 쥐 뉴런의 일차 배양에 직접 적용했을 때 버스트 활동을 감소시켰지만 버스트 활동을 크게 감소시키려면 임계 SAR 수준이 필요했습니다. 본질적으로 감소된 흥분성을 옹호하기 위해, 우리는 가짜 노출 동물보다 노출된 동물에서 자발적인 발사율이 낮은 것을 관찰했습니다.
둘째, LTE 노출은 시상-피질 또는 피질-피질 시냅스에서의 시냅스 전달에도 영향을 미칠 수 있습니다.현재 수많은 기록에 따르면 청각 피질에서 스펙트럼 조정 폭이 구심성 시상 투사에 의해서만 결정되는 것이 아니라 피질 내 연결이 피질 부위에 추가적인 스펙트럼 입력을 제공한다는 것이 밝혀졌습니다39,40.우리의 실험에서 피질 STRF가 노출된 동물과 가성 노출된 동물에서 비슷한 대역폭을 보였다는 사실은 LTE 노출의 영향이 피질-피질 연결성에 영향을 미치지 않는다는 것을 간접적으로 시사했습니다.또한 이는 ACx에서 측정한 것보다 SAR에서 노출된 다른 피질 영역에서 더 높은 연결성(그림 2)이 여기에서 보고된 변화된 반응의 원인이 아닐 수도 있음을 시사합니다.
여기에서 LPS에 노출된 피질 녹음의 더 큰 비율이 LPS에 가짜 노출된 동물에 비해 높은 역치를 보였다. 피질 음향 역치는 주로 시상-피질 시냅스의 강도에 의해 제어된다는 제안이 있었으므로, 시상-피질 전달은 노출에 의해 부분적으로 감소될 것으로 추측할 수 있다. 노출은 시냅스 전(글루타메이트 방출 감소) 또는 시냅스 후 수준(수용체 수 또는 친화도 감소)에서 모두 감소될 수 있다.
GSM-1800MHz의 효과와 유사하게, LTE로 유발된 신경 반응의 변화는 미세아교세포 반응을 특징으로 하는 LPS로 유발된 신경 염증의 맥락에서 발생했습니다.최근의 증거는 미세아교세포가 정상 및 병적인 뇌에서 신경망의 활동에 강력한 영향을 미친다는 것을 시사합니다41,42,43.신경 전달을 조절하는 그들의 능력은 신경 전달을 제한할 수도 있고 제한할 수도 있는 그들이 생성하는 화합물의 생성뿐만 아니라 세포 과정의 높은 운동성에도 달려 있습니다.대뇌 피질에서 신경망의 활동이 증가하거나 감소하면 미세아교세포 과정의 성장으로 인해 미세아교세포 공간 영역이 빠르게 확장됩니다44,45.특히, 미세아교세포 돌출부는 활성화된 시상피질 시냅스 근처에서 모집되며 미세아교세포를 매개로 한 국소 아데노신 생성을 포함하는 메커니즘을 통해 흥분성 시냅스의 활동을 억제할 수 있습니다.
LPS로 처리한 쥐에 SARACx를 1.55 W/kg으로 GSM-1800 MHz에 노출시킨 결과, 미세아교세포의 활동이 감소했고, ACx28의 Iba1 염색 영역이 뚜렷하게 나타나 미세아교세포 과정이 성장했습니다. 이러한 관찰 결과는 GSM 노출에 의해 유발된 미세아교세포 리모델링이 GSM으로 유도된 소리 유발 신경 반응 감소에 적극적으로 기여할 수 있음을 시사합니다. 현재 연구에서는 미세아교세포 과정에 의해 덮인 공간적 영역의 증가를 발견하지 못했기 때문에 SARACx를 0.5 W/kg으로 제한하여 LTE 머리에 노출시킨 맥락에서 이 가설에 반대합니다. 그러나 이는 LPS로 활성화된 미세아교세포에 LTE 신호가 미치는 영향을 배제하지 않으며, 이는 다시 신경 활동에 영향을 미칠 수 있습니다. 이 질문에 답하고 급성 신경 염증이 LTE 신호에 대한 신경 반응을 변화시키는 메커니즘을 결정하기 위해서는 추가 연구가 필요합니다.
우리의 지식에 따르면, LTE 신호가 청각 처리에 미치는 영향은 이전에 연구된 적이 없습니다.우리의 이전 연구 26,28 및 현재 연구는 급성 염증 환경에서 GSM-1800MHz 또는 LTE-1800MHz에 머리만 노출되면 청력 역치의 증가에서 알 수 있듯이 ACx의 신경 반응에 기능적 변화가 발생했음을 보여주었습니다.적어도 두 가지 주요 이유로 달팽이관 기능은 LTE 노출에 영향을 받지 않아야 합니다.첫째, 그림 2의 선량 측정 연구에서 알 수 있듯이 가장 높은 수준의 SAR(1W/kg에 가까움)은 등쪽 중앙 피질(안테나 아래)에 위치하며, 측면과 측면으로 더 많이 이동할수록 상당히 감소합니다.머리의 배쪽 부분.쥐 귓바퀴 수준(귀의 관 아래)에서 약 0.1W/kg으로 추정할 수 있습니다.둘째, 기니피그 귀를 GSM 900MHz(주 5일, 1)에서 2개월 동안 노출시켰을 때, 시간/일, SAR 1~4W/kg)에서 왜곡 생성물의 크기에 감지 가능한 변화가 없었습니다.방출 및 청각 뇌간 반응에 대한 이음향 임계값 47.또한, 국소 SAR 2W/kg에서 GSM 900 또는 1800MHz에 반복적으로 머리를 노출시킨 것은 건강한 쥐의 달팽이관 외유모세포 기능에 영향을 미치지 않았습니다48,49.이러한 결과는 인간에서 얻은 데이터를 반영하는데, 연구에 따르면 GSM 휴대전화의 EMF에 10~30분 노출된 경우 달팽이관50,51,52 또는 뇌간 수준53,54에서 평가한 청각 처리에 일관된 효과가 없었습니다.
우리 연구에서 LTE로 유발된 신경 발화 변화는 노출이 끝난 후 3~6시간에 생체 내에서 관찰되었습니다. 피질의 등쪽 중앙 부분에 대한 이전 연구에서는 노출 후 24시간에 관찰된 GSM-1800MHz에 의해 유도된 여러 효과가 노출 후 72시간에는 더 이상 감지되지 않았습니다. 이는 미세아교세포 과정의 확장, IL-1ß 유전자의 하향 조절 및 AMPA 수용체의 번역 후 변형의 경우입니다. 청각 피질의 SAR 값(0.5W/kg)이 등쪽 중앙 영역(2.94W/kg26)보다 낮다는 점을 고려하면, 여기에서 보고된 신경 활동의 변화는 일시적인 것으로 보입니다.
우리의 데이터는 자격 있는 SAR 한도와 모바일 폰 사용자의 대뇌 피질에서 달성된 실제 SAR 값에 대한 추정치를 고려해야 합니다. 대중을 보호하기 위해 사용되는 현재 표준은 100kHz 및 6GHz RF 범위의 무선 주파수에 대한 국부적인 머리 또는 몸통 노출에 대한 SAR 한도를 2W/kg으로 설정합니다.
일반적인 머리 또는 휴대전화 통신 중 머리의 다양한 조직에서 RF 전력 흡수를 결정하기 위해 다양한 인간 머리 모델을 사용하여 선량 시뮬레이션이 수행되었습니다.인간 머리 모델의 다양성 외에도 이러한 시뮬레이션은 두개골의 외부 또는 내부 모양, 두께 또는 수분 함량과 같은 해부학적 또는 조직학적 매개변수를 기반으로 뇌가 흡수하는 에너지를 추정하는 데 있어 상당한 차이 또는 불확실성을 강조합니다.다양한 머리 조직은 나이, 성별 또는 개인에 따라 크게 다릅니다.56,57,58.또한 안테나의 내부 위치 및 사용자 머리에 대한 휴대전화의 위치와 같은 휴대전화 특성은 대뇌 피질의 SAR 값 수준 및 분포에 큰 영향을 미칩니다.59,60.그러나 1800MHz 범위의 무선 주파수를 방출하는 휴대전화 모델에서 확립된 인간 대뇌 피질의 보고된 SAR 분포를 고려하면58, 59, 60 인간 청각 피질에서 달성된 SAR 수준은 여전히 인간 대뇌 피질의 절반이 제대로 적용되지 않았습니다. 저희 연구(SARACx 0.5 W/kg). 따라서 저희 데이터는 대중에게 적용되는 현재 SAR 값의 한계에 도전하지 않습니다.
결론적으로, 본 연구는 머리만 LTE-1800MHz에 노출되면 감각 자극에 대한 피질 뉴런의 신경 반응이 방해를 받는다는 것을 보여줍니다. GSM 신호 전달의 효과에 대한 이전 특성 분석과 일관되게, 본 연구 결과는 LTE 신호 전달이 뉴런 활동에 미치는 영향이 건강 상태에 따라 다르다는 것을 시사합니다. 급성 신경 염증은 뉴런을 LTE-1800MHz에 민감하게 만들어 청각 자극에 대한 피질의 처리 과정을 변화시킵니다.
데이터는 Janvier 연구실에서 얻은 31마리의 성인 수컷 Wistar 쥐의 대뇌 피질에서 55일령에 수집했습니다.쥐는 습도(50-55%)와 온도(22-24°C)가 조절되는 시설에서 12시간/12시간의 명암 주기(오전 7시 30분에 조명 켜짐)로 사육되었으며 음식과 물은 자유롭게 먹을 수 있었습니다.모든 실험은 유럽 공동체 지침(2010/63/EU 이사회 지침)이 제정한 지침에 따라 수행되었으며, 이는 신경과학 연구에서 동물 사용에 대한 신경과학 학회 지침에 설명된 내용과 유사합니다.이 프로토콜은 이 위원회에서 검증한 절차인 32-2011과 34-2012를 사용하여 파리-쉬드 센터 윤리 위원회(CEEA N°59, 프로젝트 2014-25, 국가 프로토콜 03729.02)에서 승인되었습니다.
동물들은 LPS 처리와 LTE-EMF 노출(또는 가성 노출)을 받기 전 최소 1주일 동안 군집 챔버에 익숙해졌습니다.
22마리의 쥐에게 LTE 또는 가성 노출 24시간 전에 멸균된 내독소 무함유 등장성 식염수로 희석한 대장균 LPS(250 µg/kg, 혈청형 0127:B8, SIGMA)를 복강내(ip) 주사했습니다(군당 n마리). = 11). 생후 2개월 된 위스타 수컷 쥐에서 이 LPS 처리는 신경염증 반응을 유발하는데, 이 반응은 대뇌 피질에서 여러 염증 유발 유전자(종양괴사인자-알파, 인터루킨 1β, CCL2, NOX2, NOS2)에 의해 나타납니다. LPS 주입 24시간 후, NOX2 효소와 인터루킨 1β를 암호화하는 전사체 수치가 각각 4배와 12배 증가했습니다. 이 24시간 시점에서 대뇌 피질 미세아교세포는 LPS에 의해 유발되는 염증 유발 세포 활성화에서 예상되는 전형적인 "밀집된" 세포 형태를 보였습니다(그림 1). 이는 다른 세포들이 LPS에 의해 유발되는 활성화와는 대조적입니다. 세포의 염증 유발 활성화는 24, 61에 해당합니다.
LTE EMF에 대한 머리만 노출은 이전에 GSM EMF26의 효과를 평가하는 데 사용된 실험 설정을 사용하여 수행되었습니다.LTE 노출은 LPS 주입(11마리 동물) 또는 LPS 처리 없음(5마리 동물) 후 24시간 동안 수행되었습니다.동물은 노출 전에 케타민/자일라진(케타민 80mg/kg, 복강내; 자일라진 10mg/kg, 복강내)으로 가볍게 마취하여 움직임을 방지하고 동물의 머리가 LTE 신호를 방출하는 루프 안테나에 있는지 확인했습니다.아래 재현 가능한 위치.같은 케이지의 쥐의 절반은 대조군(LPS로 전처리한 22마리 쥐 중 11마리의 가성 노출 동물)으로 사용되었습니다.이들은 루프 안테나 아래에 놓였고 LTE 신호의 에너지는 0으로 설정되었습니다.노출된 동물과 가성 노출된 동물의 무게는 유사했습니다(p = 0.558, 비페어 t-검정, ns).모든 마취된 동물은 체온을 약 10°C로 유지하기 위해 금속이 없는 가열 패드에 눕혔습니다. 실험 내내 37°C를 유지했습니다. 이전 실험과 마찬가지로 노출 시간은 2시간으로 설정했습니다. 노출 후, 수술실에 있는 다른 가열 패드 위에 동물을 눕혔습니다. 동일한 노출 절차를 건강한 쥐 10마리(LPS로 치료하지 않음)에게 적용했으며, 그 중 절반은 같은 케이지에서 가성 노출시켰습니다(p = 0.694).
노출 시스템은 이전 연구에서 설명한 시스템 25, 62와 유사했으며, 무선 주파수 생성기를 GSM 전자기장 대신 LTE를 생성하도록 교체했습니다.간단히 말해서 LTE - 1800MHz 전자기장을 방출하는 RF 생성기(SMBV100A, 3.2GHz, Rohde & Schwarz, 독일)를 전력 증폭기(ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, 미국), 순환기(D3 1719-N, Sodhy, 프랑스), 2방향 커플러(CD D 1824-2, - 30dB, Sodhy, 프랑스) 및 4방향 전력 분배기(DC D 0922-4N, Sodhy, 프랑스)에 연결하여 4마리의 동물을 동시에 노출할 수 있었습니다.양방향 커플러에 연결된 전력계(N1921A, Agilent, 미국)를 통해 장치 내의 입사 및 반사 전력을 지속적으로 측정하고 모니터링할 수 있었습니다.각 출력은 다음에 연결되었습니다. 루프 안테나(Sama-Sistemi srl; Roma)를 사용하여 동물의 머리를 부분적으로 노출시킬 수 있습니다.루프 안테나는 절연 에폭시 기판에 새겨진 두 개의 금속선(유전율 εr = 4.6)이 있는 인쇄 회로로 구성됩니다.한쪽 끝에서 이 장치는 동물의 머리 가까이에 배치된 링을 형성하는 1mm 너비의 와이어로 구성됩니다.이전 연구26,62에서와 같이 특정 흡수율(SAR)은 수치 쥐 모델과 유한 차분 시간 영역(FDTD) 방법63,64,65을 사용하여 수치적으로 결정되었습니다.또한 Luxtron 프로브를 사용하여 온도 상승을 측정하는 균질 쥐 모델에서 실험적으로 결정되었습니다.이 경우 W/kg의 SAR은 다음 공식을 사용하여 계산합니다.SAR = C ΔT/Δt, 여기서 C는 열 용량(J/(kg K), ΔT(°K), Δt는 시간(초)입니다.수치적으로 결정된 SAR 값은 다음을 사용하여 얻은 실험적 SAR 값과 비교되었습니다. 동질 모델, 특히 동등한 쥐 뇌 영역에서. 수치적 SAR 측정값과 실험적으로 감지된 SAR 값의 차이는 30% 미만입니다.
그림 2a는 쥐 모델에서 쥐 뇌의 SAR 분포를 보여주는데, 이는 우리 연구에 사용된 쥐의 체중과 크기에 따른 분포와 일치합니다. 뇌의 평균 SAR은 0.37 ± 0.23 W/kg(평균 ± SD)입니다. SAR 값은 루프 안테나 바로 아래의 피질 영역에서 가장 높습니다. ACx의 국소 SAR(SARACx)은 0.50 ± 0.08 W/kg(평균 ± SD)입니다(그림 2b). 노출된 쥐의 체중은 균일하고 머리 조직 두께의 차이는 무시할 수 있으므로 ACx 또는 기타 피질 영역의 실제 SAR은 노출된 동물 간에 매우 유사할 것으로 예상됩니다.
노출이 끝날 무렵, 동물들에게 케타민(20mg/kg, ip)과 자일라진(4mg/kg, ip)을 추가로 투여하여 뒷발을 꼬집은 후 반사 운동이 관찰되지 않을 때까지 지속시켰습니다.국소 마취제(Xylocain 2%)를 두개골 위의 피부와 측두근에 피하 주사하고 동물들을 금속이 없는 가열 시스템에 눕혔습니다.동물을 입체 좌표 프레임에 놓은 후, 좌측 측두엽 피질에 대해 두개골 절개술을 시행했습니다.이전 연구66에서와 같이, 두정골과 측두골의 접합부에서 시작하여 개구부는 너비 9mm, 높이 5mm였습니다.ACx 위의 경막은 혈관을 손상시키지 않고 양안 조절 하에 조심스럽게 제거했습니다.절차가 끝나면 기록하는 동안 동물의 머리를 비외상성으로 고정하기 위해 치과용 아크릴 시멘트로 기초를 구축했습니다.동물을 지지하는 입체 좌표 프레임을 음향 감쇠실(IAC, 모델)에 놓습니다. AC1).
데이터는 LPS로 전처리한 10마리의 동물을 포함하여 20마리의 쥐의 일차 청각 피질에서 다중 단위 녹음을 통해 얻었습니다.세포 외 녹음은 8개의 전극이 2줄로 배열된 16개의 텅스텐 전극(TDT, ø: 33 µm, < 1 MΩ)에서 얻었으며, 이 전극은 같은 줄에 있는 전극 사이의 간격이 1000 µm였습니다(같은 줄에 있는 전극 사이의 간격은 350 µm).접지용 은선(ø: 300 µm)을 측두골과 대측 경막 사이에 삽입했습니다.일차 ACx의 추정 위치는 브레그마에서 뒤쪽으로 4~7mm, 상측두 봉합에서 배쪽으로 3mm입니다.원시 신호는 10,000배 증폭(TDT Medusa)한 다음 다중 채널 데이터 수집 시스템(RX5, TDT)으로 처리했습니다.각 전극에서 수집한 신호는 필터링(610~10,000 Hz)하여 다중 단위 활동(MUA)을 추출합니다. 트리거 수준은 각 전극에 대해 신중하게 설정되었습니다(노출 또는 가짜 노출 상태를 모르는 공동 저자에 의해). 신호에서 가장 큰 활동 전위를 선택하기 위해서였습니다. 파형의 온라인 및 오프라인 검사 결과, 여기서 수집된 MUA는 전극 근처에 있는 3~6개 뉴런에서 생성된 활동 전위로 구성되어 있음이 밝혀졌습니다. 각 실험을 시작할 때, 전극 배열의 위치를 설정하여 2줄의 8개 전극이 주두 방향으로 수행될 때 저주파에서 고주파 응답까지 뉴런을 샘플링할 수 있도록 했습니다.
음향 자극은 Matlab에서 생성되어 RP2.1 기반 사운드 전달 시스템(TDT)으로 전송되고 Fostex 라우드 스피커(FE87E)로 전송되었습니다.라우드 스피커는 쥐의 오른쪽 귀에서 2cm 떨어진 곳에 배치되었으며, 이 거리에서 라우드 스피커는 140Hz와 36kHz 사이에서 평탄한 주파수 스펙트럼(± 3dB)을 생성했습니다.라우드 스피커 교정은 Bruel and Kjaer 마이크 4133을 프리앰프 B&K 2169와 디지털 레코더 Marantz PMD671에 연결하여 녹음한 잡음과 순수 톤을 사용하여 수행했습니다.스펙트럼 시간 수용 영역(STRF)은 8개(0.14~36kHz) 옥타브를 포함하는 97개 감마 톤 주파수를 사용하여 결정되었으며, 4.15Hz에서 75dB SPL로 무작위 순서로 제공되었습니다.주파수 응답 영역(FRA)은 동일한 톤 세트를 사용하여 결정되고 2에서 무작위 순서로 제공되었습니다. 75~5dB SPL의 Hz. 각 주파수는 각 강도로 8번씩 표시됩니다.
자연적 자극에 대한 반응도 평가되었습니다. 이전 연구에서 우리는 쥐의 발성은 신경 최적 주파수(BF)에 관계없이 ACx에서 강한 반응을 거의 유발하지 않는 반면, 이종이식 특이적(예: 명금류나 기니피그의 발성)은 일반적으로 전체 톤 맵에서 강한 반응을 유발한다는 것을 관찰했습니다. 따라서 우리는 기니피그에서 발성에 대한 피질 반응을 테스트했습니다(36에서 사용된 휘파람은 1초의 자극과 연결되어 25번 제시되었습니다).