ニュース

Nature.com にアクセスいただきありがとうございます。ご利用のブラウザ バージョンでは、CSS のサポートが制限されています。最適なエクスペリエンスを得るには、更新されたブラウザを使用する (または Internet Explorer の互換モードをオフにする) ことをお勧めします。その間、継続的なサポートを確保するため、スタイルと JavaScript なしでサイトを表示します。
携帯電話通信の需要はますます高まっており、無線技術（G）が次々と登場しています。これらの技術は、生物系にさまざまな影響を与える可能性があります。これを検証するために、ラットを4G Long-Term Evolution（LTE）-1800 MHz電磁場（EMF）に2時間、片頭部曝露しました。次に、リポ多糖誘発性急性神経炎症が一次聴覚皮質（ACx）のミクログリア空間被覆率と電気生理学的ニューロン活動に及ぼす影響を評価しました。ACxの平均SARは0.5 W/kgです。マルチユニット記録では、LTE-EMFが純音と自然な発声に対する反応の強度を低下させ、低域と中域の周波数に対する音響閾値を上昇させることが示されています。Iba1免疫組織化学では、ミクログリア小体と突起によって覆われた領域に変化は見られませんでした。健康なラットでは、同じLTE曝露は反応強度と音響閾値に変化を引き起こしませんでした。私たちのデータは、急性神経炎症により、ニューロンが LTE-EMF に対して敏感になり、ACx における音響刺激の処理が変化します。
人類を取り巻く電磁環境は、無線通信の継続的な拡大により、過去30年間で劇的に変化しました。現在、人口の3分の2以上が携帯電話（MP）ユーザーとされています。この技術の大規模な普及は、MPまたは基地局から放射され、通信を符号化する無線周波数（RF）範囲のパルス電磁場（EMF）の潜在的に危険な影響に関する懸念と議論を引き起こしました。この公衆衛生上の問題は、生体組織における無線周波数吸収の影響を調査するための多くの実験研究のきっかけとなりました1。これらの研究の中には、MPの普及下で脳がRF源に近接していることを考慮し、神経ネットワークの活動と認知プロセスの変化を調べたものがあります。多くの研究は、第2世代（2G）グローバル移動通信システム（GSM）または広帯域符号分割多元接続（WCDMA）/第3世代ユニバーサル移動通信システム（WCDMA/3G UMTS）で使用されるパルス変調信号の影響を取り上げています2,3,4,5。第4世代で使用される無線周波数信号の影響についてはほとんど知られていません。第 3 世代 (4G) モバイル サービスで、全デジタル インターネット プロトコル技術である Long Term Evolution (LTE) テクノロジを採用しています。2011 年に開始された LTE ハンドセット サービスは、2022 年 1 月までに世界で 66 億人の LTE 加入者に到達すると予想されています (GSMA: //gsacom.com)。シングル キャリア変調方式に基づく GSM (2G) および WCDMA (3G) システムと比較すると、LTE は基本的な信号形式として直交周波数分割多重 (OFDM) を使用します6。世界中で、LTE モバイル サービスは、GSM でも使用されている 900 MHz 帯域と 1800 MHz 帯域を含む、450 MHz ～ 3700 MHz のさまざまな周波数帯域を使用しています。
生体プロセスに影響を及ぼすRF曝露の能力は、主にW/kgで表される比吸収率（SAR）によって決定されます。これは生体組織に吸収されるエネルギーの測定値です。2.573GHz LTE信号に30分間頭部を急性曝露した場合の、全体的な神経ネットワーク活動への影響が、最近、健康な人間のボランティアで調査されました。安静時のfMRIを使用して、LTE曝露は、自発的な低周波変動と、領域内または領域間の接続の変化を引き起こす可能性があることが観察されましたが、トピック7、8、9によると、10gの組織を平均した空間ピークSARレベルは、0.42～1.52W/kgの間で変化すると推定されました。同様の曝露条件（30分間の曝露、代表的な人間の頭部モデルを使用して推定ピークSARレベル1.34W/kg）でのEEG分析では、アルファ帯域とベータ帯域でスペクトルパワーと半球コヒーレンスが低下しました。しかし、EEG分析に基づく他の2つの研究では、20または最大局所 SAR レベルを約 2 W/kg に設定した状態で 30 分間 LTE 頭部曝露を行ったところ、検出可能な影響は見られなかった 11 か、アルファ帯域のスペクトル パワーが減少しましたが、認知機能はストループ テスト 12 で評価した結果、変化がありませんでした。また、GSM または UMTS EMF 曝露の影響を特に調べた EEG または認知研究の結果にも有意差が見られました。これらの差は、信号タイプや変調、曝露の強度や期間などの方法設計や実験パラメータのばらつき、または被験者の年齢、解剖学的構造、性別に関する異質性から生じていると考えられています。
これまで、LTE シグナル伝達への曝露が脳機能にどのように影響するかを調べるための動物実験はほとんど行われていません。最近、発育中のマウスを胎生後期から離乳期まで全身曝露 (1 日 30 分、週 5 日、平均全身 SAR 0.5 または 1 W/kg) すると、成体で運動行動や食欲行動に変化が生じることが報告されました 14。成体ラットでの反復全身曝露 (1 日 2 時間、6 週間) は、酸化ストレスを誘発し、視神経から得られる視覚誘発電位の振幅を減少させることがわかり、最大 SAR は 10 mW/kg と推定されています 15。
細胞レベルや分子レベルを含む複数のスケールでの分析に加え、げっ歯類モデルは、疾患時のRF曝露の影響を研究するためにも使用できます。これは、急性神経炎症におけるGSMまたはWCDMA/3G UMTS EMFに焦点を当てた研究が以前に行われたのと同じです。研究では、発作、神経変性疾患、または神経膠腫への影響が示されています16,17,18,19,20。
リポ多糖類 (LPS) を注射された齧歯類は、毎年人口の大部分に影響を与えるウイルスや細菌によって引き起こされる良性の感染症に関連する急性神経炎症反応の古典的な前臨床モデルです。この炎症状態は、発熱、食欲不振、社会的交流の減少を特徴とする可逆的な疾患および抑鬱行動症候群につながります。ミクログリアなどの常在 CNS 食細胞は、この神経炎症反応の重要なエフェクター細胞です。LPS で齧歯類を治療すると、その形状と細胞プロセスのリモデリングを特徴とするミクログリアの活性化と、神経ネットワークに影響を与える炎症性サイトカインまたは酵素をコードする遺伝子の上方制御を含むトランスクリプトーム プロファイルの大幅な変化が引き起こされます (活動 22、23、24)。
LPS投与ラットにおけるGSM-1800MHz EMFへの2時間の頭部曝露の影響を研究した結果、GSMシグナル伝達が大脳皮質の細胞反応を誘発し、遺伝子発現、グルタミン酸受容体のリン酸化、大脳皮質の神経細胞のメタ誘発発火およびミクログリアの形態に影響を及ぼすことが分かりました。これらの影響は同じGSM曝露を受けた健康なラットでは検出されなかったことから、LPS誘発性の神経炎症状態がCNS細胞をGSMシグナル伝達に対して敏感にすることが示唆されます。平均局所SARが1.55W/kgであったLPS投与ラットの聴覚皮質（ACx）に焦点を当てると、GSM曝露によってミクログリア細胞突起の長さまたは分岐が増加し、純音および自然刺激28によって誘発されるニューロン反応が減少することが観察されました。
本研究では、LTE-1800 MHz 信号に頭部のみさらすことで、ACx におけるミクログリア細胞の形態と神経活動が変化し、さらされる電力が 3 分の 2 に減少するかどうかを調べることを目的としました。本研究では、LTE シグナル伝達はミクログリア細胞のプロセスには影響を及ぼさなかったものの、SAR 値が 0.5 W/kg の LPS 処理ラットの ACx における音誘発皮質活動の大幅な減少を引き起こしたことを示しています。
GSM-1800 MHz への曝露により炎症誘発条件下でミクログリア細胞の形態が変化するというこれまでの証拠を考慮して、LTE シグナル伝達への曝露後のこの影響を調査しました。
成体ラットに、頭部のみの模擬曝露またはLTE-1800MHz曝露の24時間前にLPSを注入した。曝露後、大脳皮質においてLPS誘発性の神経炎症反応が確立され、炎症誘発遺伝子の発現上昇と皮質ミクログリアの形態変化が示された（図1）。LTE頭部​​に曝露された電力は、ACxで平均SARレベル0.5W/kgとなるように設定された（図2）。LPS活性化ミクログリアがLTE EMFに反応するかどうかを調べるため、これらの細胞を選択的に標識する抗Iba1で染色した皮質切片を分析した。図3aに示すように、模擬曝露またはLTE曝露から3～4時間後に固定したACx切片では、ミクログリアは驚くほど類似しており、LPS炎症誘発処理によって誘発された「密集したような」細胞形態を示した（図1）。形態学的反応が見られなかったことと一致して、定量的画像解析では、 LTEラットと模擬曝露動物のIba1染色細胞体への曝露を比較した場合、Iba1免疫反応性の総面積（無対t検定、p = 0.308）または面積（p = 0.196）および密度（p = 0.061）に有意差が認められた（図3b-d）。
LPS ip 注射による皮質ミクログリアの形態への影響。LPS または媒体 (コントロール) の腹腔内注射から 24 時間後の大脳皮質の冠状断面 (背内側領域) におけるミクログリアの代表的な画像。細胞は前述のように抗 Iba1 抗体で染色しました。LPS の炎症誘発性治療により、ミクログリアの形態が変化し、近位部の肥厚や細胞突起の短い二次枝の増加などが生じ、「密集した」外観となりました。スケールバー: 20 µm。
1800 MHz LTEへの曝露中のラットの脳における比吸収率（SAR）の線量解析。以前に記載したファントムラットとループアンテナ62の異種モデルを使用して、0.5 mm3立方グリッドで脳内の局所SARを評価しました。（a）頭上にループアンテナ、体の下に金属製の熱パッド（黄色）がある曝露設定でのラットモデルの全体図。（b）0.5 mm3空間解像度での成体脳のSAR値の分布。矢状断面の黒い輪郭で区切られた領域は、ミクログリアとニューロンの活動が分析される一次聴覚皮質に対応します。SAR値の色分けされたスケールは、図に示されているすべての数値シミュレーションに適用されます。
LTEまたはSham曝露後のラット聴覚皮質におけるLPS注入ミクログリア。(a) ShamまたはLTE曝露（曝露）3～4時間後のLPS灌流ラット聴覚皮質の冠状切片における抗Iba1抗体で染色されたミクログリアの代表的な積層画像。スケールバー：20 µm。(bd) Sham（白丸）またはLTE曝露（曝露、黒丸）3～4時間後のミクログリアの形態計測的評価。(b, c) ミクログリアマーカーIba1の空間的被覆率（b）およびIba1陽性細胞体領域（c）。データは、Sham曝露動物の平均に対して標準化された抗Iba1染色領域を表す。(d) 抗Iba1染色されたミクログリア細胞体数。Sham（n = 5）およびLTE（n = 6）動物間の差は有意ではなかった（p > 0.05、 （対応のないt検定）。ボックスの上部と下部では、上と下の線はそれぞれ25～75パーセンタイルと5～95パーセンタイルを表します。平均値はボックス内に赤でマークされています。
表 1 は、4 群のラット (Sham、曝露、Sham-LPS、曝露-LPS) の一次聴覚皮質で得られた動物数とマルチユニット記録をまとめたものです。以下の結果には、有意なスペクトル時間的受容野 (STRF)、つまり自発発火率より少なくとも 6 標準偏差高い音刺激誘発反応を示すすべての記録を含めます (表 1 を参照)。この基準を適用して、Sham 群では 266 件の記録、曝露群では 273 件の記録、Sham-LPS 群では 299 件の記録、曝露-LPS 群では 295 件の記録を選択しました。
以下の段落では、まずスペクトル時間受容野から抽出されたパラメータ（純音への反応）と異種特異的発声への反応について説明します。次に、各グループで得られた周波数応答領域の定量化について説明します。実験設計における「ネストデータ」30の存在を考慮し、すべての統計分析は電極アレイの位置数（表1の最終行）に基づいて実施しましたが、以下で説明するすべての効果も各グループの位置数に基づいています。収集されたマルチユニット録音の総数（表1の3行目）。
図 4a は、LPS 処理を受けた Sham 動物と曝露動物で得られた皮質ニューロンの最適周波数分布 (BF、75 dB SPL で最大応答を誘発) を示しています。両グループの BF の周波数範囲は 1 kHz から 36 kHz まで拡張されました。統計分析により、これらの分布は類似していることが示され (カイ二乗、p = 0.278)、2 つのグループ間の比較はサンプリング バイアスなしで実行できることが示唆されました。
LPS投与動物における皮質反応の定量パラメータに対するLTE曝露の影響。(a) LTE曝露を受けたLPS投与動物（黒）とLTE模擬曝露を受けたLPS投与動物（白）の皮質ニューロンにおけるBF分布。2つの分布に差はない。(bf) LTE曝露がスペクトル時間受容野（STRF）を定量化するパラメータに与える影響。応答強度は、STRF（総応答強度）と最適周波数の両方で有意に低下した（*p < 0.05、無対t検定）。応答持続時間、応答帯域幅、および帯域幅定数（df）。発声に対する応答の強度と時間的信頼性はともに低下した（g、h）。自発活動は有意に低下しなかった（i）。(*p < 0.05、無対t検定）。(j、k) LTE曝露が皮質閾値に与える影響。LTE曝露ラットの平均閾値は、模擬曝露されたラット。この効果は低周波数と中周波数でより顕著です。
図4b-fは、これらの動物のSTRFから得られたパラメータの分布を示しています（平均値は赤線で示されています）。LTE曝露のLPS投与動物への影響は、ニューロン興奮性の低下を示しているように見えました。まず、全体的な反応強度と反応は、BFではSham-LPS動物と比較して有意に低かったです（図4b、c、無対t検定、p = 0.0017、p = 0.0445）。同様に、コミュニケーション音に対する反応は、反応強度と試行間信頼性の両方で低下しました（図4g、h、無対t検定、p = 0.043）。自発活動は減少しましたが、この影響は有意ではありませんでした（図4i、p = 0.0745）。
次に、LTE曝露によって純音皮質閾値が変化するかどうかを評価しました。各録音から得られた周波数応答領域（FRA）から、各周波数の聴覚閾値を決定し、両グループの動物についてこれらの閾値を平均しました。図4jは、LPS投与ラットの1.1～36kHzの平均（±sem）閾値を示しています。Shamグループと曝露グループの聴覚閾値を比較すると、曝露動物はSham動物と比較して閾値が大幅に増加しており（図4j）、この効果は低周波数と中周波数でより顕著でした。より正確には、低周波数（< 2.25kHz）では、高閾値のA1ニューロンの割合が増加し、低閾値と中閾値ニューロンの割合が減少しました（カイ二乗＝43.85、p<0.0001、図4k、左の図）。中周波数（2.25 < Freq(kHz) < 11）でも同様の効果が見られ、未曝露群と比較して、中間閾値の皮質記録の割合が高く、低閾値のニューロンの割合が少なかった（カイ二乗 = 71.17、p < 0.001、図 4k、中央パネル）。また、高周波数ニューロン（≥ 11 kHz、p = 0.0059）の閾値にも有意差があり、低閾値ニューロンの割合は減少し、中高閾値ニューロンの割合は増加しました（カイ二乗 = 10.853、p = 0.04、図 4k、右パネル）。
図 5a は、Sham グループと曝露グループの健康な動物で得られた皮質ニューロンの最適周波数分布 (BF、75 dB SPL で最大応答を引き起こす) を示しています。統計分析により、2 つの分布が類似していることが示され (カイ二乗、p = 0.157)、2 つのグループ間の比較はサンプリング バイアスなしで実行できることが示唆されました。
LTE曝露が健常動物の皮質反応の定量化されたパラメータに及ぼす影響。(a) LTE曝露を受けた健常動物（濃紺）とLTEに模擬曝露を受けた健常動物（薄青）の皮質ニューロンにおけるBF分布。2つの分布に差はない。(bf) LTE曝露がスペクトル時間受容野（STRF）を定量化するパラメータに及ぼす影響。STRF全体および最適周波数における反応強度に有意な変化は見られなかった（b,c）。反応持続時間はわずかに増加した（d）。しかし、反応帯域幅および帯域幅には変化が見られなかった（e, f）。発声に対する反応の強度および時間的信頼性に変化は見られなかった（g, h）。自発活動には有意な変化は見られなかった（i）。（*p < 0.05 unpaired t-test）。(j,k) LTE曝露が皮質閾値に及ぼす影響。平均すると、LTE曝露ラットの閾値は模擬曝露ラットと比較して有意な変化は見られなかったが、曝露された動物では周波数閾値がわずかに低かった。
図5b-fは、2組のSTRFから得られたパラメータの分布と平均（赤線）を表すボックスプロットを示しています。健康な動物では、LTE曝露自体はSTRFパラメータの平均値にほとんど影響を与えませんでした。Sham群（曝露群の明るい青と濃い青のボックス）と比較して、LTE曝露は総反応強度もBF反応にも変化を与えませんでした（図5b、c; 対応のないt検定、それぞれp = 0.2176、p = 0.8696）。スペクトル帯域幅と潜時（それぞれp = 0.6764とp = 0.7129）にも影響はありませんでしたが、反応持続時間は有意に増加しました（p = 0.047）。発声反応の強度（図5g、p = 0.4375）、これらの反応の試行間信頼性（図5h、p = 0.3412）、および自発的な反応にも影響はありませんでした。活動（図5）5i; p = 0.3256）。
図5jは、健康なラットの1.1～36kHzの平均（±標準誤差）閾値を示しています。高周波数（11～36kHz）で曝露動物の閾値がわずかに低かったことを除き、模擬実験ラットと曝露ラットの間には有意差は見られませんでした（非対称t検定、p = 0.0083）。この効果は、曝露動物では、この周波数範囲（カイ二乗＝18.312、p = 0.001、図5k）で、低閾値および中閾値のニューロンがわずかに多かった（高閾値のニューロンは少なかった）という事実を反映しています。
結論として、健康な動物が LTE に曝露された場合、純音や発声などの複雑な音に対する反応強度には影響がありませんでした。さらに、健康な動物では、皮質聴覚閾値は曝露動物と模擬動物で同様でしたが、LPS 処理動物では、LTE 曝露により皮質閾値が大幅に増加し、特に低周波数範囲と中周波数範囲で顕著でした。
私たちの研究では、急性神経炎症を起こしている成体雄ラットに LTE-1800 MHz を局所 SARACx 0.5 W/kg で曝露させたところ (方法を参照)、コミュニケーションの一次記録における音誘発反応の強度が有意に減少したことが示されました。これらのニューロン活動の変化は、ミクログリア細胞プロセスがカバーする空間領域の範囲に明らかな変化がなくても発生しました。皮質誘発反応の強度に対する LTE の影響は、健康なラットでは観察されませんでした。LTE 曝露動物と模擬曝露動物の記録ユニット間の最適周波数分布の類似性を考慮すると、ニューロン反応の差は、サンプリング バイアスではなく、LTE 信号の生物学的効果に起因すると考えられます (図 4a)。さらに、LTE 曝露ラットで反応潜時とスペクトル同調帯域幅に変化が見られなかったことから、これらの記録は二次領域ではなく一次 ACx に位置する同じ皮質層からサンプリングされた可能性が高いと考えられます。
我々の知る限り、LTE シグナル伝達がニューロン応答に与える影響はこれまで報告されていない。しかし、これまでの研究では、実験手法によって大きな違いはあるものの、GSM-1800 MHz または 1800 MHz 連続波 (CW) がニューロンの興奮性を変化させる能力があることが実証されている。8.2 W/kg の SAR レベルで 1800 MHz CW に曝露した直後、カタツムリ神経節からの記録では、活動電位の誘発とニューロン変調の閾値が低下した。一方、ラット脳由来の一次ニューロン培養におけるスパイク活動とバースト活動は、4.6 W/kg の SAR で 15 分間 GSM-1800 MHz または 1800 MHz CW に曝露することで減少した。この抑制は、曝露後 30 分以内では部分的にしか回復しなかった。ニューロンの完全なサイレンシングは、9.2 W/kg の SAR で達成された。用量反応分析GSM-1800 MHz はバースト活動の抑制に 1800 MHz CW よりも効果的であることが示され、神経反応は RF 信号変調に依存することが示唆されました。
本研究では、2時間の頭部のみへの曝露が終了してから3～6時間後に皮質誘発反応をin vivoで収集した。以前の研究では、SARACx 1.55 W/kgでのGSM-1800 MHzの効果を調査し、健康なラットの音誘発皮質反応に有意な影響は見られなかった。今回は、0.5 W/kg SARACxでのLTE-1800曝露によって健康なラットに誘発された唯一の有意な効果は、純音提示時の反応持続時間のわずかな増加であった。この効果は、反応強度の増加を伴わないため説明が難しく、この長い反応持続時間は皮質ニューロンによって発火される活動電位の総数と同じで発生することを示唆している。1つの説明として、LTE曝露が一部の抑制性介在ニューロンの活動を低下させる可能性がある。これは、一次ACxではフィードフォワード抑制が興奮性視床核によって引き起こされる錐体細胞反応の持続時間を制御することが報告されているためである。入力33、34、35、36、37。
対照的に、LPS誘発性神経炎症を起こしたラットでは、LTE曝露は音誘発性ニューロン発火の持続時間には影響を及ぼさなかったが、誘発反応の強さには有意な影響が検出された。実際、LPS模擬曝露ラットで記録されたニューロン反応と比較すると、LTEに曝露されたLPS投与ラットのニューロンは反応の強度が低下し、この効果は純音と自然な発声の両方で観察された。純音に対する反応の強度の低減は、75dBのスペクトル同調帯域幅を狭めることなく発生し、すべての音の強度で発生したため、低周波数と中周波数での皮質ニューロンの音響閾値の上昇をもたらした。
誘発反応強度の減少は、LPS処理動物における0.5 W/kgのSARACxでのLTEシグナル伝達の効果が、3倍のSARACx（1.55 W/kg）を適用したGSM-1800 MHzの効果と同様であることを示しています28 。GSMシグナル伝達に関しては、LTE-1800 MHzへの頭部曝露は、LPS誘発性神経炎症にさらされたラットのACxニューロンのニューロン興奮性を低下させる可能性があります。この仮説に沿って、発声に対するニューロン反応の試験信頼性の低下（図4h）と自発活動の減少（図4i）の傾向も観察されました。しかし、LTEシグナル伝達がニューロンの内因性興奮性を低下させるのか、シナプス入力を低下させてACxにおけるニューロン反応を制御するのかをin vivoで判断することは困難でした。
まず、これらの弱い反応は、LTE 1800 MHz への曝露後に皮質細胞の興奮性が本質的に低下したことが原因である可能性があります。この考えを裏付けるように、GSM-1800 MHz と 1800 MHz-CW を、それぞれ SAR レベル 3.2 W/kg と 4.6 W/kg で皮質ニューロンの一次培養に直接適用した場合、バースト活動が減少しましたが、バースト活動を大幅に減少させるには閾値 SAR レベルが必要でした。また、固有の興奮性の低下を裏付けるように、曝露動物では模擬曝露動物よりも自発発火率が低いことも観察されました。
第二に、LTE 曝露は、視床皮質または皮質間シナプスからのシナプス伝達にも影響を及ぼす可能性があります。現在、多数の記録から、聴覚皮質では、スペクトル同調の幅が求心性視床投射によってのみ決定されるのではなく、皮質内接続が皮質部位に追加のスペクトル入力を与えることがわかっています39,40。私たちの実験では、皮質 STRF が曝露動物と模擬曝露動物で同様の帯域幅を示したという事実は、LTE 曝露の影響が皮質間接続に対する影響ではないことを間接的に示唆しています。これはまた、SAR で曝露された他の皮質領域での ACx で測定されたものよりも高い接続性 (図 2) が、ここで報告された応答の変化の原因ではない可能性があることも示唆しています。
ここでは、LPSに曝露された皮質記録のより大きな割合が、LPS模擬曝露された動物と比較して高い閾値を示しました。皮質音響閾値は主に視床皮質シナプスの強度によって制御されると提唱されていることから39,40、視床皮質伝達は曝露によってシナプス前レベル（グルタミン酸放出の減少）またはシナプス後レベル（受容体の数または親和性の減少）のいずれかで部分的に減少すると考えられます。
GSM-1800 MHz の効果と同様に、LTE によって誘発される神経応答の変化は、ミクログリア応答を特徴とする LPS 誘発性神経炎症の状況で発生しました。現在の証拠は、ミクログリアが正常および病的な脳の神経ネットワークの活動に強く影響することを示唆しています41,42,43。神経伝達を調整するミクログリアの能力は、神経伝達を制限する可能性のある化合物の産生だけでなく、細胞プロセスの高い運動性にも依存します。大脳皮質では、神経ネットワークの活動の増加と減少の両方が、ミクログリアプロセスの成長により、ミクログリア空間領域の急速な拡大を引き起こします44,45。特に、ミクログリアの突起は活性化された視床皮質シナプスの近くに集められ、ミクログリアを介した局所的なアデノシン産生を伴うメカニズムを通じて興奮性シナプスの活動を抑制できます。
LPS投与ラットに1.55 W/kgのSARACxでGSM-1800 MHzを照射したところ、ACx28のIba1染色領域が顕著に増加し、ミクログリア細胞プロセスの成長を伴ってACxニューロンの活動が減少した。この観察結果は、GSM曝露によって引き起こされるミクログリア細胞のリモデリングが、音誘発性ニューロン反応のGSM誘発性減少に積極的に寄与していることを示唆している。我々の現在の研究では、ミクログリア細胞プロセスで覆われる空間領域の増加は見られなかったため、0.5 W/kgに制限されたSARACxでのLTE頭部​​曝露の状況ではこの仮説に反論している。しかし、これはLTEシグナル伝達がLPS活性化ミクログリアに及ぼす影響を排除するものではなく、その結果としてニューロン活動に影響を及ぼす可能性がある。この疑問に答え、急性神経炎症がLTEシグナル伝達に対するニューロン反応を変えるメカニズムを決定するには、さらなる研究が必要である。
我々の知る限り、LTE 信号が聴覚処理に与える影響については、これまで研究されたことはありません。これまでの研究 26,28 および今回の研究では、急性炎症の状況下で、頭部のみを GSM-1800 MHz または LTE-1800 MHz に曝露すると、聴力閾値の上昇で示されるように、ACx におけるニューロン応答の機能的変化が生じることが示されました。少なくとも 2 つの主な理由から、蝸牛機能は LTE 曝露によって影響を受けないはずです。まず、図 2 に示す線量測定研究で示されているように、SAR の最高レベル (1 W/kg 近く) は背内側皮質 (アンテナの下) にあり、側方および外側に移動するにつれて大幅に減少します。頭部の腹側部分。ラットの耳介 (外耳道の下) のレベルで約 0.1 W/kg と推定できます。次に、モルモットの耳を GSM 900 MHz に 2 か月間曝露した場合、 (5日間/週、1時間/日、SAR 1〜4W/kg)、歪み積の耳音響閾値の放出および聴性脳幹反応の大きさに検出可能な変化は見られませんでした47。さらに、2W/kgの局所SARでGSM 900または1800MHzに頭部を繰り返しさらされても、健康なラットの蝸牛外耳毛細胞の機能には影響がありませんでした48,49。これらの結果は人間で得られたデータと一致しており、調査では、GSM携帯電話からのEMFに10〜30分間さらされても、蝸牛50,51,52​​または脳幹レベル53,54で評価された聴覚処理には一貫した影響がないことが示されています。
私たちの研究では、LTE によって引き起こされるニューロン発火の変化は、曝露終了後 3 ～ 6 時間で体内で観察されました。皮質の背内側部分に関する以前の研究では、曝露後 24 時間で観察された GSM-1800 MHz によって誘発されるいくつかの影響は、曝露後 72 時間で検出されなくなりました。これは、ミクログリア細胞のプロセスの拡大、IL-1β 遺伝子のダウンレギュレーション、AMPA 受容体の翻訳後修飾の場合に当てはまります。聴覚皮質の SAR 値 (0.5W/kg) が背内側領域 (2.94W/kg26) よりも低いことを考慮すると、ここで報告されたニューロン活動の変化は一時的なものと思われます。
私たちのデータは、適格な SAR 制限と、携帯電話ユーザーの大脳皮質で達成される実際の SAR 値の推定を考慮する必要があります。公衆を保護するために使用されている現在の標準では、100 kHz および 6 GHz RF 範囲の無線周波数への局所的な頭部または胴体の曝露に対する SAR 制限が 2 W/kg に設定されています。
一般的な頭部または携帯電話での通信中に頭部のさまざまな組織でRF電力が吸収されるかを調べるために、さまざまな人体頭部モデルを使用して線量シミュレーションが実行されてきました。人体頭部モデルの多様性に加えて、これらのシミュレーションでは、頭蓋骨の外部または内部の形状、厚さ、水分含有量などの解剖学的または組織学的パラメータに基づいて脳に吸収されるエネルギーを推定する際に、大きな違いや不確実性が生じることが浮き彫りになりました。さまざまな頭部組織は、年齢、性別、または個人によって大きく異なります56,57,58。さらに、アンテナの内部位置やユーザーの頭部に対する携帯電話の位置などの携帯電話の特性は、大脳皮質のSAR値のレベルと分布に強く影響します59,60。しかし、1800MHz帯の無線周波数を放射する携帯電話モデルから確立された、人間の大脳皮質で報告されているSAR分布58, 59, 60を考慮すると、人間の聴覚で達成されるSARレベルは、大脳皮質はまだ人間の大脳皮質の半分に適用されていません。私たちの研究（SARACx 0.5 W / kg）したがって、私たちのデータは、一般に適用される現在のSAR値の制限に挑戦するものではありません。
結論として、私たちの研究は、LTE-1800 MHz に頭部のみを一度さらすと、感覚刺激に対する皮質ニューロンの神経反応が妨げられることを示しています。GSM シグナル伝達の影響に関するこれまでの特徴と一致して、私たちの結果は、LTE シグナル伝達がニューロン活動に与える影響は健康状態によって異なることを示唆しています。急性神経炎症により、ニューロンは LTE-1800 MHz に対して敏感になり、聴覚刺激に対する皮質処理が変化します。
データは、Janvier 研究室で入手した 31 匹の成体雄 Wistar ラットの大脳皮質から 55 日齢で収集されました。ラットは、湿度 (50-55%) および温度 (22-24 °C) が管理された施設で、12 時間/12 時間の明暗サイクル (午前 7:30 に点灯) で飼育され、餌と水は自由に摂取できました。すべての実験は、欧州共同体理事会指令 (2010/63/EU 理事会指令) によって確立されたガイドラインに従って実施されました。これは、神経科学研究における動物の使用に関する神経科学学会ガイドラインに記載されているものと同様です。このプロトコルは、同委員会 32-2011 および 34-2012 によって検証された手順を使用して、パリ南およびセンター倫理委員会 (CEEA N°59、プロジェクト 2014-25、国内プロトコル 03729.02) によって承認されました。
動物は、LPS 処理および LTE-EMF への曝露 (または模擬曝露) の前に、少なくとも 1 週間、コロニーチャンバーに慣れさせられました。
22匹のラットに、LTEまたは模擬曝露の24時間前に、滅菌エンドトキシンフリー等張生理食塩水で希釈した大腸菌LPS（250 µg/kg、血清型0127:B8、SIGMA）を腹腔内（ip）注射した（1群あたりn）。 2ヶ月齢のWistar系雄ラットにおいて、このLPS投与は大脳皮質において神経炎症反応を引き起こし、いくつかの炎症誘発遺伝子（腫瘍壊死因子α、インターロイキン1β、CCL2、NOX2、NOS2）がLPS投与24時間後に発現上昇し、NOX2酵素とインターロイキン1βをコードする転写産物のレベルがそれぞれ4倍と12倍に増加しました。この24時間時点で、皮質ミクログリアはLPS誘発性炎症誘発細胞の活性化に期待される典型的な「高密度」細胞形態を示しました（図1）。これは、LPS誘発性炎症誘発細胞の活性化とは対照的です。細胞の炎症誘発活性化は24、61に相当します。
LTE EMFへの頭部のみの曝露は、以前にGSM EMF26の効果を評価するために使用された実験セットアップを使用して行われました。LTE曝露は、LPS注入（11匹の動物）またはLPS処理なし（5匹の動物）の24時間後に行われました。動物は、曝露前にケタミン/キシラジン（ケタミン80 mg/kg、ip; キシラジン10 mg/kg、ip）で軽く麻酔され、動きを防ぎ、動物の頭部がLTE信号を発するループアンテナ内にあることを確認しました（再現可能な場所は以下です）。同じケージのラットの半分（LPSで前処理された22匹のラットのうち11匹の偽曝露動物）は、ループアンテナの下に置かれ、LTE信号のエネルギーはゼロに設定されました。曝露動物と偽曝露動物の体重は同様でした（p = 0.558、無対t検定、ns）。麻酔されたすべての動物は、金属を含まない加熱パッドの上に置かれ、実験中は、動物の体温を約 37°C に維持します。前回の実験と同様に、曝露時間は 2 時間に設定されました。曝露後、動物を手術室内の別の加熱パッド上に置きます。同じ曝露手順を 10 匹の健康なラット (LPS 未処理) に適用し、その半数を同じケージから模擬曝露しました (p = 0.694)。
曝露システムは、以前の研究で説明されたシステム25、62と類似していたが、無線周波数発生器がGSM電磁場の代わりにLTEを生成するように置き換えられた。簡単に言うと、LTE - 1800 MHz電磁場を放出するRF発生器（SMBV100A、3.2 GHz、Rohde & Schwarz、ドイツ）を、電力増幅器（ZHL-4W-422+、Mini-Circuits、米国）、サーキュレータ（D3 1719-N、Sodhy、フランス）、双方向カプラ（CD D 1824-2、- 30 dB、Sodhy、フランス）および4方向電力分配器（DC D 0922-4N、Sodhy、フランス）に接続し、4匹の動物への同時曝露を可能にした。双方向カプラに接続された電力計（N1921A、Agilent、米国）により、装置内の入射電力および反射電力の連続測定および監視が可能になった。各出力はループアンテナに接続されていた。 （Sama-Sistemi srl; Roma）を使用して、動物の頭部を部分的に露出させることができます。ループアンテナは、絶縁エポキシ基板に刻まれた2本の金属線（誘電率εr = 4.6）を備えたプリント回路で構成されています。デバイスの一端は、動物の頭部に近接して配置されたリングを形成する1 mm幅のワイヤで構成されています。以前の研究26,62と同様に、比吸収率（SAR）は、数値ラットモデルと有限差分時間領域（FDTD）法63,64,65を使用して数値的に決定されました。また、温度上昇を測定するためにLuxtronプローブを使用して、均質ラットモデルで実験的に決定されました。この場合、W / kg単位のSARは、式SAR = C ΔT / Δtを使用して計算されます。ここで、CはJ /（kg K）単位の熱容量、ΔT（°K）、Δtは温度変化、時間（秒）です。数値的に決定されたSAR値は、特に均質モデルを使用して得られた実験的なSAR値と比較されました。同等のラットの脳領域において、数値的 SAR 測定値と実験的に検出された SAR 値の差は 30% 未満です。
図2aは、ラットモデルのラット脳内のSAR分布を示しており、これは本研究で使用したラットの体重とサイズの分布と一致しています。脳平均SARは0.37 ± 0.23 W/kg（平均±SD）でした。SAR値は、ループアンテナの真下の皮質領域で最も高くなっています。ACx内の局所SAR（SARACx）は0.50 ± 0.08 W/kg（平均±SD）でした（図2b）。曝露を受けたラットの体重は均一であり、頭部組織の厚さの差はごくわずかであるため、ACxまたはその他の皮質領域の実際のSARは、曝露された動物間で非常に類似していると予想されます。
曝露終了時に、動物にはケタミン（20 mg/kg、腹腔内）およびキシラジン（4 mg/kg、腹腔内）を追加投与し、後肢をつねっても反射運動が見られなくなるまで続けた。局所麻酔薬（キシロカイン2%）を頭蓋骨上部の皮膚と側頭筋に皮下注射し、動物を金属不使用の加温装置に置いた。動物を定位固定装置に置いた後、左側頭葉皮質上で開頭術を行った。前回の研究66と同様に、頭頂骨と側頭骨の接合部から、幅9 mm、高さ5 mmの開口部を設けた。ACx上部の硬膜は、血管を損傷しないように両眼で操作しながら慎重に除去した。処置の最後に、記録中に動物の頭部を非外傷的に固定するためのベースを歯科用アクリルセメントで作製した。音響減衰室（IAC、モデル AC1）内の動物。
データは、LPS前処理を施した10匹を含む20匹のラットの一次聴覚皮質におけるマルチユニット記録から得られました。細胞外記録は、1000µm間隔（同じ列の電極間は350µm）で配置された8個の電極を2列に並べた16個のタングステン電極（TDT、ø: 33µm、< 1MΩ）のアレイから得られました。接地用の銀線（ø: 300µm）を側頭骨と反対側の硬膜の間に挿入しました。一次ACxの推定位置は、ブレグマの後方4～7mm、上側頭縫合の腹側3mmです。生の信号は10,000倍に増幅され（TDT Medusa）、その後、マルチチャンネルデータ収集システム（RX5、TDT）によって処理されました。各電極から収集された信号はフィルタリングされました（610～10,000Hz）。マルチユニット活動（MUA）を抽出します。信号から最大の活動電位を選択するために、各電極のトリガーレベルが慎重に設定されました（暴露状態または模擬暴露状態を知らされていない共著者によって）。波形のオンラインおよびオフライン検査により、ここで収集された MUA は、電極付近の 3 ～ 6 個のニューロンによって生成された活動電位で構成されていることがわかりました。各実験の開始時に、電極アレイの位置を設定して、前頭方向で実行した場合に、2 列の 8 個の電極で、低周波応答から高周波応答までのニューロンをサンプリングできるようにしました。
音響刺激はMatlabで生成され、RP2.1ベースの音響伝達システム（TDT）に送信され、Fostexスピーカー（FE87E）に送られました。スピーカーはラットの右耳から2cm離れたところに設置され、その距離でスピーカーは140Hzから36kHzの間で平坦な周波数スペクトル（±3dB）を生成しました。スピーカーのキャリブレーションは、Bruel and Kjaerマイクロフォン4133、プリアンプB&K 2169、デジタルレコーダーMarantz PMD671で録音したノイズと純音を使用して実施しました。スペクトル時間受容野（STRF）は、4.15Hzで75dB SPLでランダムな順序で提示された、8（0.14～36kHz）オクターブをカバーする97のガンマトーン周波数を使用して決定されました。周波数応答領域（FRA）は、同じトーンセットを使用してランダムな順序で提示され、 2 Hz で 75 ～ 5 dB SPL の順序で再生されます。各周波数は各強度で 8 回再生されます。
自然刺激に対する反応も評価しました。以前の研究では、ラットの発声はニューロンの最適周波数 (BF) に関係なく、ACx で強い反応を引き起こすことはめったにないのに対し、異種移植特異的 (例: 鳴鳥やモルモットの発声) では、通常、トーン マップ全体が反応することが観察されています。そのため、モルモットの発声に対する皮質反応をテストしました (36 で使用したホイッスルは 1 秒の刺激に接続され、25 回提示されました)。

お客様のご要望に応じて、RF受動部品をカスタマイズすることも可能です。カスタマイズページにアクセスして、必要な仕様をご指定ください。
https://www.keenlion.com/customization/

エマリ:
sales@keenlion.com
tom@keenlion.com