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La demande croissante en communications de téléphonie mobile a entraîné l'émergence continue de technologies sans fil (G), susceptibles d'avoir différents impacts sur les systèmes biologiques. Pour tester cette hypothèse, nous avons exposé des rats à un champ électromagnétique (CEM) 4G LTE (Long-Term Evolution) de 1800 MHz pendant 2 heures, en exposant leur tête à un seul émetteur. Nous avons ensuite évalué l'effet d'une neuroinflammation aiguë induite par le lipopolysaccharide sur la couverture spatiale de la microglie et l'activité électrophysiologique neuronale dans le cortex auditif primaire (ACx). Le DAS moyen dans l'ACx est de 0,5 W/kg. Les enregistrements multi-unitaires montrent que le CEM LTE induit une réduction de l'intensité de la réponse aux sons purs et aux vocalisations naturelles, ainsi qu'une augmentation du seuil acoustique pour les basses et moyennes fréquences. L'immunohistochimie Iba1 n'a révélé aucune modification de la surface couverte par les corps et les prolongements microgliaux. Chez les rats sains, la même exposition au LTE n'a induit aucune modification de l'intensité de la réponse ni des seuils acoustiques. Nos résultats démontrent qu'une neuroinflammation aiguë sensibilise les neurones au CEM LTE, entraînant une altération du traitement de l'information. des stimuli acoustiques dans ACx.
L'environnement électromagnétique de l'humanité a considérablement évolué au cours des trente dernières années en raison de l'expansion continue des communications sans fil. Actuellement, plus des deux tiers de la population utilisent un téléphone mobile. La diffusion massive de cette technologie a suscité des inquiétudes et des débats quant aux effets potentiellement dangereux des champs électromagnétiques pulsés (CEM) dans la gamme des radiofréquences (RF), émis par les téléphones mobiles ou les stations de base et utilisés pour coder les communications. Ce problème de santé publique a inspiré de nombreuses études expérimentales consacrées à l'étude des effets de l'absorption des radiofréquences sur les tissus biologiques¹. Certaines de ces études ont examiné les modifications de l'activité des réseaux neuronaux et des processus cognitifs, compte tenu de la proximité du cerveau avec les sources de radiofréquences due à l'utilisation généralisée des téléphones mobiles. De nombreuses études publiées traitent des effets des signaux modulés par impulsions utilisés dans le système mondial de communications mobiles de deuxième génération (2G) (GSM) ou dans les systèmes d'accès multiple par répartition en code à large bande (WCDMA)/systèmes universels de télécommunications mobiles de troisième génération (WCDMA/3G UMTS)²,³,⁴,⁵. On connaît encore peu de choses sur les effets des signaux de radiofréquences. Utilisée dans les services mobiles de quatrième génération (4G), la technologie LTE (Long Term Evolution) repose sur un protocole Internet entièrement numérique. Lancée en 2011, elle devrait atteindre 6,6 milliards d'abonnés dans le monde en janvier 2022 (GSMA : //gsacom.com). Contrairement aux systèmes GSM (2G) et WCDMA (3G) basés sur des schémas de modulation à porteuse unique, la LTE utilise le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM) comme format de signal de base. À l'échelle mondiale, les services mobiles LTE utilisent différentes bandes de fréquences entre 450 et 3 700 MHz, y compris les bandes 900 et 1 800 MHz également utilisées par le GSM.
La capacité de l'exposition aux radiofréquences à affecter les processus biologiques est largement déterminée par le débit d'absorption spécifique (DAS), exprimé en W/kg, qui mesure l'énergie absorbée par les tissus biologiques. Les effets d'une exposition aiguë de la tête (30 minutes) à des signaux LTE de 2,573 GHz sur l'activité du réseau neuronal global ont récemment été étudiés chez des volontaires sains. L'IRMf au repos a permis d'observer que l'exposition LTE peut induire des fluctuations lentes spontanées de fréquence et des altérations de la connectivité intra- ou interrégionale. Les niveaux de DAS spatiaux de pointe, moyennés sur 10 g de tissu, ont été estimés entre 0,42 et 1,52 W/kg (voir points 7, 8 et 9). L'analyse EEG, réalisée dans des conditions d'exposition similaires (30 min, DAS de pointe estimé à 1,34 W/kg à l'aide d'un modèle de tête humaine représentatif), a démontré une réduction de la puissance spectrale et de la cohérence hémisphérique dans les bandes alpha et bêta. Cependant, deux autres études basées sur l'analyse EEG ont montré que 20 ou 30 minutes d'exposition de la tête aux signaux LTE, avec des niveaux de DAS locaux maximaux fixés à Une exposition à environ 2 W/kg n'a soit eu aucun effet détectable¹¹, soit entraîné une diminution de la puissance spectrale dans la bande alpha, tandis que les fonctions cognitives évaluées par le test de Stroop sont restées inchangées¹². Des différences significatives ont également été observées dans les résultats d'études EEG ou cognitives portant spécifiquement sur les effets de l'exposition aux CEM GSM ou UMTS. Ces différences seraient dues à des variations dans la conception des méthodes et les paramètres expérimentaux, notamment le type et la modulation du signal, l'intensité et la durée d'exposition, ou encore à l'hétérogénéité des sujets humains en fonction de l'âge, de l'anatomie ou du sexe.
Jusqu'à présent, peu d'études animales ont été utilisées pour déterminer comment l'exposition à la signalisation LTE affecte la fonction cérébrale. Il a été récemment rapporté que l'exposition systémique de souris en développement, du stade embryonnaire tardif au sevrage (30 min/jour, 5 jours/semaine, avec un DAS corporel total moyen de 0,5 ou 1 W/kg), entraînait des altérations des comportements moteurs et de l'appétit à l'âge adulte¹⁴. Une exposition systémique répétée (2 ha par jour pendant 6 semaines) chez des rats adultes induisait un stress oxydatif et réduisait l'amplitude des potentiels évoqués visuels obtenus à partir du nerf optique, avec un DAS maximal estimé à seulement 10 mW/kg¹⁵.
Outre l'analyse à différentes échelles, notamment cellulaire et moléculaire, des modèles rongeurs peuvent être utilisés pour étudier les effets de l'exposition aux radiofréquences au cours de maladies, comme cela a déjà été fait pour les champs électromagnétiques GSM ou WCDMA/3G UMTS dans le contexte d'une neuroinflammation aiguë. Des études ont montré les effets sur les crises d'épilepsie, les maladies neurodégénératives et les gliomes^{16,17,18,19,20}.
Les rongeurs ayant reçu une injection de lipopolysaccharide (LPS) constituent un modèle préclinique classique des réponses neuro-inflammatoires aiguës associées aux maladies infectieuses bénignes d'origine virale ou bactérienne qui affectent chaque année la majorité de la population. Cet état inflammatoire conduit à une maladie réversible et à un syndrome comportemental dépressif caractérisé par de la fièvre, une perte d'appétit et une réduction des interactions sociales. Les phagocytes résidents du SNC, tels que la microglie, sont des cellules effectrices clés de cette réponse neuro-inflammatoire. Le traitement des rongeurs par le LPS déclenche l'activation de la microglie, caractérisée par un remodelage de sa forme et de ses prolongements cellulaires, ainsi que par des modifications profondes du profil transcriptomique, notamment la surexpression de gènes codant pour des cytokines ou des enzymes pro-inflammatoires, qui affectent les réseaux neuronaux (Activités 22, 23, 24).
En étudiant les effets d'une exposition unique de 2 heures à un champ électromagnétique GSM-1800 MHz chez des rats traités au LPS, nous avons constaté que la signalisation GSM déclenche des réponses cellulaires dans le cortex cérébral, affectant l'expression génique, la phosphorylation des récepteurs du glutamate, l'activité neuronale évoquée par la stimulation électrique et la morphologie de la microglie corticale. Ces effets n'ont pas été observés chez les rats sains ayant subi la même exposition au GSM, suggérant que l'état neuro-inflammatoire induit par le LPS sensibilise les cellules du SNC à la signalisation GSM. En nous concentrant sur le cortex auditif (ACx) des rats traités au LPS, où le DAS local moyen était de 1,55 W/kg, nous avons observé que l'exposition au GSM entraînait une augmentation de la longueur ou de la ramification des prolongements microgliaux et une diminution des réponses neuronales évoquées par des sons purs et la stimulation naturelle.
Dans la présente étude, nous avons cherché à examiner si une exposition de la tête uniquement à des signaux LTE-1800 MHz pouvait également altérer la morphologie microgliale et l'activité neuronale dans le cortex auditif (ACx), en réduisant la puissance d'exposition des deux tiers. Nous montrons ici que la signalisation LTE n'a eu aucun effet sur les processus microgliaux, mais a tout de même déclenché une réduction significative de l'activité corticale évoquée par le son dans l'ACx de rats traités au LPS avec une valeur SAR de 0,5 W/kg.
Compte tenu des preuves antérieures selon lesquelles l'exposition au GSM-1800 MHz modifiait la morphologie microgliale dans des conditions pro-inflammatoires, nous avons étudié cet effet après exposition à la signalisation LTE.
Des rats adultes ont reçu une injection de LPS 24 heures avant une exposition simulée (tête seule) ou une exposition à un champ électromagnétique LTE de 1800 MHz. Après exposition, des réponses neuro-inflammatoires déclenchées par le LPS se sont établies dans le cortex cérébral, comme en témoignent la surexpression de gènes pro-inflammatoires et les modifications de la morphologie des microglies corticales (Figure 1). La puissance délivrée par la tête exposée au champ LTE a été réglée pour obtenir un niveau DAS moyen de 0,5 W/kg dans le cortex auditif (ACx) (Figure 2). Afin de déterminer si les microglies activées par le LPS répondaient au champ électromagnétique LTE, nous avons analysé des coupes corticales colorées avec un anticorps anti-Iba1 qui marque sélectivement ces cellules. Comme le montre la Figure 3a, dans les coupes d'ACx fixées 3 à 4 heures après l'exposition simulée ou LTE, les microglies présentaient une morphologie cellulaire remarquablement similaire, de type « dense », induite par le traitement pro-inflammatoire au LPS (Figure 1). Conformément à l'absence de réponses morphologiques, l'analyse quantitative d'images n'a révélé aucune différence significative de surface totale (analyse non appariée). test t, p = 0,308) ou la surface (p = 0,196) et la densité (p = 0,061) de l'immunoréactivité Iba1 lors de la comparaison de l'exposition aux corps cellulaires colorés par Iba 1 chez les rats LTE par rapport aux animaux exposés de manière simulée (Fig. 3b-d).
Effets de l'injection intrapéritonéale de LPS sur la morphologie de la microglie corticale. Vue représentative de la microglie dans une coupe coronale du cortex cérébral (région dorsomédiale) 24 heures après injection intrapéritonéale de LPS ou de véhicule (témoin). Les cellules ont été marquées avec un anticorps anti-Iba1 comme décrit précédemment. Le traitement pro-inflammatoire par LPS a induit des modifications de la morphologie de la microglie, notamment un épaississement proximal et une augmentation des courtes ramifications secondaires des prolongements cellulaires, lui conférant un aspect dense. Échelle : 20 µm.
Analyse dosimétrique du débit d'absorption spécifique (DAS) dans le cerveau de rat exposé à la LTE à 1 800 MHz. Un modèle hétérogène de rat fantôme et d'antenne boucle, décrit précédemment⁶², a été utilisé pour évaluer le DAS local dans le cerveau, avec une grille cubique de 0,5 mm³. (a) Vue d'ensemble d'un modèle de rat exposé, avec une antenne boucle placée au-dessus de la tête et un coussin thermique métallique (jaune) sous le corps. (b) Distribution des valeurs de DAS dans le cerveau adulte à une résolution spatiale de 0,5 mm³. La zone délimitée par le contour noir sur la coupe sagittale correspond au cortex auditif primaire, où l'activité microgliale et neuronale est analysée. L'échelle de couleurs des valeurs de DAS s'applique à toutes les simulations numériques présentées sur la figure.
Microglie injectée avec du LPS dans le cortex auditif de rat après exposition à une dose équivalente de LPS (LTE) ou à une simulation (Sham). (a) Vue empilée représentative de la microglie marquée avec un anticorps anti-Iba1 dans des coupes coronales de cortex auditif de rat perfusé au LPS, 3 à 4 heures après une exposition à une dose équivalente de LPS (Sham) ou à une dose équivalente de LPS (exposition). Échelle : 20 µm. (b, d) Évaluation morphométrique de la microglie 3 à 4 heures après une exposition simulée (points blancs) ou à une dose équivalente de LPS (exposition, points noirs). (b, c) Couverture spatiale (b) du marqueur microglial Iba1 et surfaces des corps cellulaires Iba1-positifs (c). Les données représentent la surface de marquage anti-Iba1 normalisée par rapport à la moyenne des animaux témoins (Sham). (d) Nombre de corps cellulaires microgliaux marqués par anti-Iba1. Les différences entre les animaux témoins (Sham, n = 5) et les animaux LTE (n = 6) n’étaient pas significatives (p > 0,05, test t non apparié). Les lignes supérieures et inférieures représentent respectivement les percentiles 25 à 75 et 5 à 95. La valeur moyenne est indiquée en rouge dans l'encadré.
Le tableau 1 récapitule le nombre d'animaux et les enregistrements multi-unitaires obtenus dans le cortex auditif primaire de quatre groupes de rats (témoins, exposés, témoins-LPS et exposés-LPS). Dans les résultats présentés ci-dessous, nous incluons tous les enregistrements présentant un champ récepteur spectral-temporel (STRF) significatif, c'est-à-dire des réponses évoquées par un son supérieur d'au moins 6 écarts-types aux taux de décharge spontanée (voir tableau 1). En appliquant ce critère, nous avons sélectionné 266 enregistrements pour le groupe témoin, 273 pour le groupe exposé, 299 pour le groupe témoin-LPS et 295 pour le groupe exposé-LPS.
Dans les paragraphes suivants, nous décrirons d'abord les paramètres extraits du champ récepteur spectro-temporel (c'est-à-dire la réponse aux sons purs) et la réponse aux vocalisations spécifiques xénogéniques. Nous décrirons ensuite la quantification de la surface de réponse en fréquence obtenue pour chaque groupe. Compte tenu de la présence de données emboîtées dans notre dispositif expérimental, toutes les analyses statistiques ont été réalisées en fonction du nombre de positions dans le réseau d'électrodes (dernière ligne du tableau 1), mais tous les effets décrits ci-dessous ont également été calculés en fonction du nombre de positions dans chaque groupe. Nombre total d'enregistrements multi-unitaires collectés (troisième ligne du tableau 1).
La figure 4a présente la distribution de fréquence optimale (BF, induisant une réponse maximale à 75 dB SPL) des neurones corticaux obtenue chez les animaux témoins et exposés traités au LPS. La gamme de fréquences de la BF dans les deux groupes s'étendait de 1 kHz à 36 kHz. L'analyse statistique a montré que ces distributions étaient similaires (χ², p = 0,278), suggérant que les comparaisons entre les deux groupes pouvaient être effectuées sans biais d'échantillonnage.
Effets de l'exposition au LTE sur les paramètres quantifiés des réponses corticales chez les animaux traités au LPS. (a) Distribution de la fréquence de battement (BF) dans les neurones corticaux d'animaux traités au LPS exposés au LTE (noir) et d'animaux témoins (blanc). Aucune différence n'est observée entre les deux distributions. (b) Effet de l'exposition au LTE sur les paramètres quantifiant le champ récepteur spectral et temporel (STRF). L'intensité de la réponse est significativement réduite (*p < 0,05, test t non apparié) pour l'ensemble du STRF (intensité totale de la réponse) et aux fréquences optimales (b, c). Durée de la réponse, bande passante de la réponse et constante de bande passante (dl). L'intensité et la fiabilité temporelle des réponses aux vocalisations sont réduites (g, h). L'activité spontanée n'est pas significativement réduite (i) (*p < 0,05, test t non apparié). (j, k) Effets de l'exposition au LTE sur les seuils corticaux. Les seuils moyens sont significativement plus élevés chez les rats exposés au LTE que chez les rats témoins. Cet effet est plus prononcé dans les basses et moyennes fréquences.
Les figures 4b à 4f présentent la distribution des paramètres dérivés de la STRF pour ces animaux (les moyennes sont indiquées par des lignes rouges). Les effets de l'exposition à la LTE chez les animaux traités au LPS semblent indiquer une diminution de l'excitabilité neuronale. Premièrement, l'intensité et le nombre de réponses étaient significativement plus faibles chez les animaux BF que chez les animaux Sham-LPS (Fig. 4b, c ; test t non apparié, p = 0,0017 et p = 0,0445). De même, les réponses aux sons de communication ont diminué, tant en intensité qu'en fiabilité inter-essais (Fig. 4g, h ; test t non apparié, p = 0,043). L'activité spontanée était réduite, mais cet effet n'était pas significatif (Fig. 4i ; p = 0,0745). La durée de la réponse, la bande passante d'accord et la latence de la réponse n'ont pas été affectées par l'exposition à la LTE chez les animaux traités au LPS (Fig. 4d à 4f), ce qui indique que la sélectivité fréquentielle et la précision des réponses initiales n'étaient pas affectées par l'exposition à la LTE chez ces animaux.
Nous avons ensuite évalué si les seuils corticaux de perception des sons purs étaient modifiés par l'exposition au LTE. À partir de l'aire de réponse en fréquence (ARF) obtenue pour chaque enregistrement, nous avons déterminé les seuils auditifs pour chaque fréquence et calculé la moyenne de ces seuils pour les deux groupes d'animaux. La figure 4j présente les seuils moyens (± erreur standard) de 1,1 à 36 kHz chez les rats traités au LPS. La comparaison des seuils auditifs des groupes Sham et Exposés a révélé une augmentation substantielle des seuils chez les animaux exposés par rapport aux animaux Sham (Fig. 4j), un effet plus marqué dans les basses et moyennes fréquences. Plus précisément, dans les basses fréquences (< 2,25 kHz), la proportion de neurones A1 à seuil élevé a augmenté, tandis que la proportion de neurones à seuil bas et moyen a diminué (χ² = 43,85 ; p < 0,0001 ; Fig. 4k, figure de gauche). Le même effet a été observé aux fréquences moyennes (2,25 < Freq(kHz) < 11) : une proportion plus élevée d’enregistrements corticaux avec des seuils intermédiaires et une proportion plus faible de neurones à seuil bas par rapport au groupe non exposé (χ² = 71,17 ; p < 0,001 ; Figure 4k, panneau central). Une différence significative a également été constatée au niveau du seuil des neurones à haute fréquence (≥ 11 kHz, p = 0,0059) ; la proportion de neurones à seuil bas a diminué et la proportion de neurones à seuil moyen-élevé a augmenté (χ² = 10,853 ; p = 0,04 ; Figure 4k, panneau de droite).
La figure 5a montre la distribution de fréquence optimale (BF, suscitant une réponse maximale à 75 dB SPL) des neurones corticaux obtenue chez des animaux sains pour les groupes Sham et Exposed. L'analyse statistique a montré que les deux distributions étaient similaires (chi carré, p = 0,157), suggérant que les comparaisons entre les deux groupes pouvaient être effectuées sans biais d'échantillonnage.
Effets de l'exposition à la LTE sur les paramètres quantifiés des réponses corticales chez des animaux sains. (a) Distribution de la fréquence fondamentale (BF) dans les neurones corticaux d'animaux sains exposés à la LTE (bleu foncé) et d'animaux témoins (bleu clair). Aucune différence n'est observée entre les deux distributions. (b, f) Effet de l'exposition à la LTE sur les paramètres quantifiant le champ récepteur spectral et temporel (STRF). Aucune modification significative de l'intensité de la réponse n'a été observée sur l'ensemble du STRF et aux fréquences optimales (b, c). Une légère augmentation de la durée de la réponse est observée (d), mais aucune modification de la largeur de bande de la réponse (e, f). Ni l'intensité ni la fiabilité temporelle des réponses aux vocalisations n'ont été modifiées (g, h). Aucune modification significative de l'activité spontanée n'a été observée (i). (*p < 0,05, test t non apparié). (j, k) Effets de l'exposition à la LTE sur les seuils corticaux. En moyenne, les seuils n'ont pas été significativement modifiés chez les rats exposés à la LTE par rapport aux rats témoins, mais les seuils aux hautes fréquences étaient légèrement inférieurs chez les animaux exposés.
Les figures 5b à 5f présentent des diagrammes en boîte représentant la distribution et la moyenne (ligne rouge) des paramètres dérivés des deux ensembles de STRF. Chez les animaux sains, l'exposition au LTE a eu peu d'effet sur la valeur moyenne des paramètres STRF. Comparée au groupe témoin (boîtes bleu clair vs bleu foncé pour le groupe exposé), l'exposition au LTE n'a modifié ni l'intensité totale de la réponse ni la réponse du BF (Fig. 5b, c ; test t non apparié, p = 0,2176 et p = 0,8696 respectivement). Aucun effet n'a été observé sur la largeur de bande spectrale et la latence (p = 0,6764 et p = 0,7129 respectivement), mais une augmentation significative de la durée de la réponse a été constatée (p = 0,047). Aucun effet n'a été observé non plus sur l'intensité des réponses vocales (Fig. 5g, p = 0,4375), la fiabilité inter-essais de ces réponses (Fig. 5h, p = 0,3412) et l'activité spontanée (Fig. 5d, p = 0,3412). 5).5i; p = 0,3256).
La figure 5j présente les seuils moyens (± erreur standard) de 1,1 à 36 kHz chez des rats sains. Aucune différence significative n'a été observée entre les rats témoins et les rats exposés, à l'exception d'un seuil légèrement inférieur chez les animaux exposés aux hautes fréquences (11–36 kHz) (test t non apparié, p = 0,0083). Cet effet reflète le fait que, dans cette gamme de fréquences (χ² = 18,312, p = 0,001 ; fig. 5k), les animaux exposés présentaient un nombre légèrement supérieur de neurones à seuils bas et moyens (et un nombre inférieur de neurones à seuils élevés).
En conclusion, l'exposition d'animaux sains au LTE n'a eu aucun effet sur l'intensité de la réponse aux sons purs et aux sons complexes tels que les vocalisations. De plus, chez les animaux sains, les seuils auditifs corticaux étaient similaires entre les animaux exposés et les animaux témoins, tandis que chez les animaux traités au LPS, l'exposition au LTE a entraîné une augmentation substantielle des seuils corticaux, en particulier dans la gamme des basses et moyennes fréquences.
Notre étude a montré que chez des rats mâles adultes présentant une neuroinflammation aiguë, l'exposition à une stimulation LTE à 1800 MHz avec une SARACx locale de 0,5 W/kg (voir Méthodes) entraînait une réduction significative de l'intensité des réponses évoquées par le son dans les enregistrements primaires de la communication. Ces modifications de l'activité neuronale survenaient sans changement apparent de l'étendue du domaine spatial couvert par les prolongements microgliaux. Cet effet de la LTE sur l'intensité des réponses évoquées corticales n'a pas été observé chez les rats sains. Compte tenu de la similarité de la distribution de fréquence optimale entre les unités d'enregistrement chez les animaux exposés à la LTE et les animaux témoins, les différences de réactivité neuronale peuvent être attribuées aux effets biologiques des signaux LTE plutôt qu'à un biais d'échantillonnage (Fig. 4a). De plus, l'absence de modifications de la latence de réponse et de la largeur de bande de la bande passante spectrale chez les rats exposés à la LTE suggère que, très probablement, ces enregistrements provenaient des mêmes couches corticales, situées dans le cortex auditif primaire plutôt que dans les régions secondaires.
À notre connaissance, l'effet de la signalisation LTE sur les réponses neuronales n'a pas été rapporté auparavant. Cependant, des études antérieures ont démontré la capacité du GSM-1800 MHz ou de l'onde continue (OC) à 1800 MHz à modifier l'excitabilité neuronale, avec toutefois des différences significatives selon l'approche expérimentale. Peu après une exposition à l'OC à 1800 MHz à un DAS de 8,2 W/kg, les enregistrements de ganglions d'escargot ont révélé une diminution des seuils de déclenchement des potentiels d'action et de la modulation neuronale. Par ailleurs, l'activité de décharge et de salve dans des cultures neuronales primaires dérivées de cerveau de rat a été réduite par une exposition au GSM-1800 MHz ou à l'OC à 1800 MHz pendant 15 minutes à un DAS de 4,6 W/kg. Cette inhibition n'était que partiellement réversible dans les 30 minutes suivant l'exposition. Un silence complet des neurones a été obtenu à un DAS de 9,2 W/kg. L'analyse dose-réponse a montré que le GSM-1800 MHz était plus efficace que la fréquence continue de 1800 MHz pour supprimer l'activité en rafales, ce qui suggère que les réponses neuronales dépendent de la modulation du signal RF.
Dans notre étude, les réponses évoquées corticales ont été recueillies in vivo 3 à 6 heures après la fin de l'exposition de 2 heures à la stimulation cérébrale seule. Dans une étude précédente, nous avons examiné l'effet du GSM-1800 MHz à une SARACx de 1,55 W/kg et n'avons observé aucun effet significatif sur les réponses corticales évoquées par le son chez des rats sains. Ici, le seul effet significatif observé chez des rats sains exposés au LTE-1800 à une SARACx de 0,5 W/kg a été une légère augmentation de la durée de la réponse lors de la présentation de sons purs. Cet effet est difficile à expliquer car il ne s'accompagne pas d'une augmentation de l'intensité de la réponse, ce qui suggère que cette durée de réponse plus longue se produit avec un nombre total de potentiels d'action générés par les neurones corticaux identique. Une explication possible serait que l'exposition au LTE réduise l'activité de certains interneurones inhibiteurs, car il a été démontré que dans le cortex auditif primaire, l'inhibition feedforward contrôle la durée des réponses des cellules pyramidales déclenchées par une entrée thalamique excitatrice^33,34,35,36. 37.
En revanche, chez les rats soumis à une neuroinflammation induite par le LPS, l'exposition au LTE n'a eu aucun effet sur la durée de l'activité neuronale évoquée par le son, mais des effets significatifs ont été observés sur l'intensité des réponses évoquées. En effet, comparativement aux réponses neuronales enregistrées chez les rats témoins (non exposés au LPS), les neurones des rats traités au LPS et exposés au LTE ont présenté une réduction de l'intensité de leurs réponses, un effet observé aussi bien lors de la présentation de sons purs que de vocalisations naturelles. La réduction de l'intensité de la réponse aux sons purs s'est produite sans rétrécissement de la bande passante spectrale de 75 dB et, puisqu'elle s'est manifestée à toutes les intensités sonores, elle a entraîné une augmentation des seuils acoustiques des neurones corticaux aux basses et moyennes fréquences.
La réduction de l'intensité de la réponse évoquée indique que l'effet de la signalisation LTE à SARACx de 0,5 W/kg chez les animaux traités au LPS est similaire à celui de la signalisation GSM-1800 MHz appliquée à une SARACx trois fois supérieure (1,55 W/kg)²⁸. Comme pour la signalisation GSM, l'exposition de la tête à LTE-1800 MHz pourrait réduire l'excitabilité neuronale des neurones ACx de rat soumis à une neuroinflammation induite par le LPS. Conformément à cette hypothèse, nous avons également observé une tendance à la diminution de la fiabilité des réponses neuronales à la vocalisation (Fig. 4h) et une diminution de l'activité spontanée (Fig. 4i). Cependant, il est difficile de déterminer in vivo si la signalisation LTE réduit l'excitabilité intrinsèque neuronale ou l'entrée synaptique, contrôlant ainsi les réponses neuronales dans l'ACx.
Premièrement, ces réponses plus faibles pourraient être dues à une excitabilité intrinsèquement réduite des cellules corticales après exposition à la LTE 1800 MHz. À l'appui de cette hypothèse, les ondes GSM-1800 MHz et 1800 MHz-CW ont réduit l'activité de décharge en salve lorsqu'elles étaient appliquées directement à des cultures primaires de neurones corticaux de rat, avec des niveaux de DAS respectifs de 3,2 W/kg et 4,6 W/kg. Toutefois, un niveau de DAS seuil était nécessaire pour réduire significativement cette activité. Confirmant l'hypothèse d'une excitabilité intrinsèque réduite, nous avons également observé des taux de décharge spontanée plus faibles chez les animaux exposés que chez les animaux témoins.
Deuxièmement, l'exposition à la LTE peut également affecter la transmission synaptique au niveau des synapses thalamo-corticales ou cortico-corticales. De nombreuses études montrent désormais que, dans le cortex auditif, la largeur de bande spectrale n'est pas uniquement déterminée par les projections thalamiques afférentes, mais que les connexions intracorticales apportent un apport spectral supplémentaire aux régions corticales^39,40. Dans nos expériences, le fait que la STRF corticale ait présenté des largeurs de bande similaires chez les animaux exposés et les animaux témoins suggère indirectement que les effets de l'exposition à la LTE ne sont pas liés à la connectivité cortico-corticale. Ceci suggère également que la connectivité plus élevée observée dans d'autres régions corticales exposées à un DAS supérieur à celui mesuré dans le cortex auditif (figure 2) n'est peut-être pas responsable des réponses altérées rapportées ici.
Ici, une plus grande proportion d'enregistrements corticaux exposés au LPS ont montré des seuils élevés par rapport aux animaux exposés au LPS-sham. Étant donné qu'il a été proposé que le seuil acoustique cortical soit principalement contrôlé par la force de la synapse thalamo-corticale39,40, on peut supposer que la transmission thalamo-corticale est partiellement réduite par l'exposition, soit au niveau présynaptique (libération réduite de glutamate), soit au niveau postsynaptique (nombre ou affinité réduit des récepteurs).
À l'instar des effets du GSM-1800 MHz, les altérations des réponses neuronales induites par la LTE surviennent dans un contexte de neuroinflammation déclenchée par le LPS, caractérisée par des réponses microgliales. Les données actuelles suggèrent que la microglie influence fortement l'activité des réseaux neuronaux dans les cerveaux normaux et pathologiques^41,42,43. Sa capacité à moduler la neurotransmission dépend non seulement de la production de composés susceptibles de moduler ou d'inhiber cette neurotransmission, mais aussi de la forte mobilité de ses prolongements cellulaires. Dans le cortex cérébral, une augmentation ou une diminution de l'activité des réseaux neuronaux entraîne une expansion rapide du domaine spatial microglial, due à la croissance des prolongements microgliaux^44,45. En particulier, les protrusions microgliales sont recrutées à proximité des synapses thalamocorticales activées et peuvent inhiber l'activité des synapses excitatrices par des mécanismes impliquant la production locale d'adénosine par la microglie.
Chez des rats traités au LPS et soumis à un champ électromagnétique GSM-1800 MHz avec SARACx à 1,55 W/kg, une diminution de l'activité des neurones ACx a été observée, associée à la croissance de prolongements microgliaux marqués par une coloration Iba1 significative dans ACx28. Cette observation suggère que le remodelage microglial induit par l'exposition au GSM peut contribuer activement à la réduction, induite par le GSM, des réponses neuronales évoquées par le son. Notre étude actuelle contredit cette hypothèse dans le contexte d'une exposition de la tête à un champ électromagnétique LTE avec SARACx limité à 0,5 W/kg, car nous n'avons observé aucune augmentation du domaine spatial couvert par les prolongements microgliaux. Cependant, cela n'exclut pas un éventuel effet de la signalisation LTE sur la microglie activée par le LPS, qui pourrait à son tour affecter l'activité neuronale. Des études complémentaires sont nécessaires pour répondre à cette question et déterminer les mécanismes par lesquels la neuroinflammation aiguë modifie les réponses neuronales à la signalisation LTE.
À notre connaissance, l'effet des signaux LTE sur le traitement auditif n'a jamais été étudié auparavant. Nos études précédentes^26,28 et la présente étude ont montré que, dans un contexte d'inflammation aiguë, l'exposition de la tête seule aux signaux GSM-1800 MHz ou LTE-1800 MHz entraînait des altérations fonctionnelles des réponses neuronales dans le cortex auditif, comme en témoigne l'augmentation du seuil auditif. Pour au moins deux raisons principales, la fonction cochléaire ne devrait pas être affectée par notre exposition aux signaux LTE. Premièrement, comme le montre l'étude dosimétrique présentée figure 2, les niveaux de DAS les plus élevés (proches de 1 W/kg) sont localisés dans le cortex dorsomédial (sous l'antenne) et diminuent sensiblement à mesure que l'on se déplace latéralement. On peut estimer ce niveau à environ 0,1 W/kg au niveau du pavillon de l'oreille du rat (sous le conduit auditif). Deuxièmement, lorsque les oreilles de cobayes ont été exposées pendant deux mois aux signaux GSM 900 MHz (5 jours/semaine, 1 heure/jour, DAS entre 1 et 4 W/kg), il n'y a eu aucun changement détectable dans l'amplitude du produit de distorsion otoacoustique Seuil d'émission et réponses auditives du tronc cérébral 47. De plus, une exposition répétée de la tête au GSM 900 ou 1800 MHz à un DAS local de 2 W/kg n'a pas affecté la fonction des cellules ciliées externes de la cochlée chez les rats sains48,49. Ces résultats font écho aux données obtenues chez l'homme, où des études ont montré qu'une exposition de 10 à 30 minutes aux CEM des téléphones portables GSM n'a pas d'effet constant sur le traitement auditif évalué au niveau cochléaire50,51,52 ou du tronc cérébral53,54.
Dans notre étude, des modifications de l'activité neuronale induites par LTE ont été observées in vivo 3 à 6 heures après la fin de l'exposition. Dans une étude précédente portant sur la partie dorsomédiale du cortex, plusieurs effets induits par GSM-1800 MHz, observés 24 heures après l'exposition, n'étaient plus détectables 72 heures après l'exposition. C'est le cas de l'expansion des prolongements microgliaux, de la diminution de l'expression du gène IL-1β et de la modification post-traductionnelle des récepteurs AMPA. Étant donné que le cortex auditif présente une valeur DAS plus faible (0,5 W/kg) que la région dorsomédiale (2,94 W/kg²⁶), les modifications de l'activité neuronale rapportées ici semblent transitoires.
Nos données doivent tenir compte des limites DAS de qualification et des estimations des valeurs DAS réelles atteintes dans le cortex cérébral des utilisateurs de téléphones mobiles. Les normes actuelles utilisées pour protéger le public fixent la limite DAS à 2 W/kg pour une exposition localisée de la tête ou du torse aux radiofréquences dans la gamme RF de 100 kHz à 6 GHz.
Des simulations de dose ont été réalisées à l'aide de différents modèles de tête humaine afin de déterminer l'absorption de puissance RF dans différents tissus de la tête lors de communications classiques ou par téléphone mobile. Outre la diversité des modèles de tête humaine, ces simulations mettent en évidence des différences ou des incertitudes significatives dans l'estimation de l'énergie absorbée par le cerveau en fonction de paramètres anatomiques ou histologiques tels que la forme externe ou interne du crâne, son épaisseur ou sa teneur en eau. Les différents tissus de la tête varient considérablement selon l'âge, le sexe ou l'individu^56,57,58. De plus, les caractéristiques du téléphone portable, telles que l'emplacement interne de l'antenne et la position du téléphone par rapport à la tête de l'utilisateur, influencent fortement le niveau et la distribution des valeurs de DAS dans le cortex cérébral^59,60. Cependant, compte tenu des distributions de DAS rapportées dans le cortex cérébral humain, établies à partir de modèles de téléphones portables émettant des radiofréquences dans la gamme des 1 800 MHz^58,59,60, il apparaît que les niveaux de DAS atteints dans le cortex auditif humain sont encore sous-estimés. La moitié du cortex cérébral humain. Notre étude (SARAC x 0,5 W/kg). Par conséquent, nos données ne remettent pas en cause les limites actuelles des valeurs SAR applicables au public.
En conclusion, notre étude montre qu'une seule exposition de la tête aux ondes LTE à 1 800 MHz perturbe les réponses neuronales des neurones corticaux aux stimuli sensoriels. Conformément aux caractérisations antérieures des effets de la signalisation GSM, nos résultats suggèrent que les effets de la signalisation LTE sur l'activité neuronale varient selon l'état de santé. Une neuroinflammation aiguë sensibilise les neurones aux ondes LTE à 1 800 MHz, entraînant une altération du traitement cortical des stimuli auditifs.
Les données ont été recueillies à l'âge de 55 jours à partir du cortex cérébral de 31 rats mâles adultes Wistar, provenant du laboratoire Janvier. Les rats étaient maintenus dans un environnement à humidité (50-55 %) et température (22-24 °C) contrôlées, avec un cycle lumière/obscurité de 12 h/12 ​​h (lumière allumée à 7 h 30) et un accès libre à l'eau et à la nourriture. Toutes les expériences ont été réalisées conformément aux directives de la Directive 2010/63/UE du Conseil des Communautés européennes, similaires à celles décrites dans les directives de la Society for Neuroscience relatives à l'utilisation des animaux dans la recherche en neurosciences. Ce protocole a été approuvé par le Comité d'éthique Paris-Sud et Centre (CEEA n° 59, projet 2014-25, protocole national 03729.02) selon les procédures validées par ce comité (32-2011 et 34-2012).
Les animaux ont été habitués aux chambres de colonie pendant au moins une semaine avant le traitement LPS et l'exposition (ou l'exposition simulée) au LTE-EMF.
Vingt-deux rats ont reçu une injection intrapéritonéale (ip) de LPS d'E. coli (250 µg/kg, sérotype 0127:B8, SIGMA) dilué avec une solution saline isotonique stérile sans endotoxines 24 heures avant l'exposition LTE ou simulée (n par groupe). Chez des rats mâles Wistar âgés de deux mois, le traitement par LPS induit une réponse neuro-inflammatoire marquée dans le cortex cérébral par la surexpression de plusieurs gènes pro-inflammatoires (facteur de nécrose tumorale alpha, interleukine 1β, CCL2, NOX2 et NOS2) 24 heures après l'injection de LPS. On observe notamment une augmentation de 4 et 12 fois des niveaux de transcrits codant pour l'enzyme NOX2 et l'interleukine 1β, respectivement. À ce stade (24 h), la microglie corticale présente la morphologie cellulaire « dense » typique attendue lors de l'activation pro-inflammatoire induite par le LPS (Figure 1), contrairement à ce qui est observé dans d'autres études. Cette activation pro-inflammatoire cellulaire correspond aux valeurs 24 et 61.
L’exposition de la tête seule aux champs électromagnétiques LTE a été réalisée à l’aide du dispositif expérimental précédemment utilisé pour évaluer l’effet des champs électromagnétiques GSM²⁶. L’exposition LTE a été effectuée 24 heures après l’injection de LPS (11 animaux) ou en l’absence de traitement par LPS (5 animaux). Les animaux ont été légèrement anesthésiés avec de la kétamine/xylazine (kétamine 80 mg/kg, ip ; xylazine 10 mg/kg, ip) avant l’exposition afin d’empêcher tout mouvement et de garantir que la tête de l’animal se trouvait dans l’antenne boucle émettant le signal LTE (emplacement reproductible ci-dessous). La moitié des rats de la même cage ont servi de témoins (11 animaux non exposés, sur 22 rats prétraités avec du LPS) : ils ont été placés sous l’antenne boucle et l’énergie du signal LTE a été réglée à zéro. Les poids des animaux exposés et des animaux non exposés étaient similaires (p = 0,558, test t non apparié, ns). Tous les animaux anesthésiés ont été placés sur un tapis chauffant sans métal pour maintenir leur température corporelle autour de La température a été maintenue à 37 °C pendant toute la durée de l'expérience. Comme lors des expériences précédentes, la durée d'exposition a été fixée à 2 heures. Après l'exposition, l'animal a été placé sur un autre tapis chauffant dans la salle d'opération. La même procédure d'exposition a été appliquée à 10 rats sains (non traités au LPS), dont la moitié a subi une exposition simulée dans la même cage (p = 0,694).
Le système d'exposition était similaire aux systèmes 25 et 62 décrits dans des études précédentes, à l'exception du générateur de radiofréquences qui générait des champs électromagnétiques LTE au lieu de GSM. Brièvement, un générateur RF (SMBV100A, 3,2 GHz, Rohde & Schwarz, Allemagne) émettant un champ électromagnétique LTE à 1 800 MHz était connecté à un amplificateur de puissance (ZHL-4W-422+, Mini-Circuits, États-Unis), un circulateur (D3 1719-N, Sodhy, France), un coupleur bidirectionnel (CD D 1824-2, -30 dB, Sodhy, France) et un diviseur de puissance à quatre voies (DC D 0922-4N, Sodhy, France), permettant l'exposition simultanée de quatre animaux. Un wattmètre (N1921A, Agilent, États-Unis) connecté à un coupleur bidirectionnel permettait la mesure et le contrôle continus de la puissance incidente et réfléchie au sein du dispositif. Chaque sortie était connectée à une antenne cadre. (Sama-Sistemi srl ; Rome), permettant une exposition partielle de la tête de l'animal. L'antenne boucle est constituée d'un circuit imprimé avec deux lignes métalliques (constante diélectrique εr = 4,6) gravées sur un substrat époxy isolant. À une extrémité, le dispositif est constitué d'un fil de 1 mm de large formant un anneau placé près de la tête de l'animal. Comme dans les études précédentes^26,62, le débit d'absorption spécifique (DAS) a été déterminé numériquement à l'aide d'un modèle numérique de rat et d'une méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD)^63,64,65. Il a également été déterminé expérimentalement sur un modèle de rat homogène à l'aide de sondes Luxtron pour mesurer l'élévation de température. Dans ce cas, le DAS en W/kg est calculé à l'aide de la formule : DAS = C ΔT/Δt, où C est la capacité thermique en J/(kg K), ΔT, en °K et Δt la variation de température en secondes. Les valeurs de DAS déterminées numériquement ont été comparées aux valeurs de DAS expérimentales obtenues à l'aide d'un modèle homogène, notamment dans les régions cérébrales équivalentes du rat. La différence entre les mesures numériques SAR et les valeurs SAR détectées expérimentalement est inférieure à 30 %.
La figure 2a illustre la distribution du DAS dans le cerveau du rat, correspondant à la distribution observée en fonction du poids et de la taille des rats utilisés dans notre étude. Le DAS cérébral moyen était de 0,37 ± 0,23 W/kg (moyenne ± écart-type). Les valeurs de DAS sont maximales dans la zone corticale située juste en dessous de l'antenne boucle. Le DAS local dans le cortex auditif (DASCx) était de 0,50 ± 0,08 W/kg (moyenne ± écart-type) (figure 2b). Étant donné l'homogénéité du poids corporel des rats exposés et la faible différence d'épaisseur des tissus crâniens, le DAS réel dans le cortex auditif, ainsi que dans les autres zones corticales, devrait être très similaire d'un animal exposé à l'autre.
À la fin de l'exposition, les animaux ont reçu des doses supplémentaires de kétamine (20 mg/kg, ip) et de xylazine (4 mg/kg, ip) jusqu'à disparition des réflexes induits par le pincement de la patte postérieure. Une anesthésie locale (Xylocaïne 2 %) a été réalisée par injection sous-cutanée dans la peau et le muscle temporal sus-crânien, et les animaux ont été placés sur un système chauffant sans métal. Après la mise en place de l'animal dans le cadre stéréotaxique, une craniotomie a été pratiquée au niveau du cortex temporal gauche. Comme dans notre étude précédente⁶⁶, l'ouverture, partant de la jonction des os pariétal et temporal, mesurait 9 mm de large et 5 mm de haut. La dure-mère sus-jacente à l'ACx a été soigneusement retirée sous contrôle binoculaire, sans léser les vaisseaux sanguins. À la fin de la procédure, une base en ciment acrylique dentaire a été confectionnée pour la fixation atraumatique de la tête de l'animal pendant l'enregistrement. Le cadre stéréotaxique supportant l'animal a été placé dans une chambre d'atténuation acoustique (IAC, modèle AC1).
Les données ont été obtenues par enregistrements multi-unitaires dans le cortex auditif primaire de 20 rats, dont 10 animaux prétraités au LPS. Les enregistrements extracellulaires ont été réalisés à l'aide d'un réseau de 16 électrodes en tungstène (TDT, ø : 33 µm, < 1 MΩ) constitué de deux rangées de 8 électrodes espacées de 1 000 µm (350 µm entre les électrodes d'une même rangée). Un fil d'argent (ø : 300 µm) servant de mise à la terre a été inséré entre l'os temporal et la dure-mère controlatérale. La localisation estimée du cortex auditif primaire (ACx) se situe entre 4 et 7 mm en arrière du bregma et à 3 mm en avant de la suture supratemporale. Le signal brut a été amplifié 10 000 fois (TDT Medusa) puis traité par un système d'acquisition de données multicanaux (RX5, TDT). Les signaux recueillis pour chaque électrode ont été filtrés (610–10 000). Nous avons utilisé une fréquence de 1 Hz pour extraire l'activité multi-unitaire (AMU). Les seuils de déclenchement ont été soigneusement définis pour chaque électrode (par des co-auteurs ignorant l'état d'exposition ou de non-exposition) afin de sélectionner le potentiel d'action le plus ample du signal. L'analyse en temps réel et hors ligne des formes d'onde a montré que l'AMU recueillie était composée de potentiels d'action générés par 3 à 6 neurones proches des électrodes. Au début de chaque expérience, nous avons positionné le réseau d'électrodes de manière à ce que deux rangées de huit électrodes puissent échantillonner les neurones, des réponses de basse aux réponses de haute fréquence, en orientation rostrale.
Les stimuli acoustiques ont été générés sous Matlab, transmis à un système de diffusion sonore (TDT) basé sur RP2.1 et envoyés à un haut-parleur Fostex (FE87E). Ce dernier était placé à 2 cm de l'oreille droite du rat, distance à laquelle il produisait un spectre de fréquences plat (± 3 dB) entre 140 Hz et 36 kHz. L'étalonnage du haut-parleur a été réalisé à l'aide de bruit et de sons purs enregistrés avec un microphone Bruel & Kjaer 4133, couplé à un préamplificateur B&K 2169 et à un enregistreur numérique Marantz PMD671. Le champ réceptif temporel spectral (STRF) a été déterminé à l'aide de 97 fréquences gamma, couvrant 8 octaves (0,14–36 kHz), présentées de manière aléatoire à 75 dB SPL à 4,15 Hz. La zone de réponse en fréquence (FRA) a été déterminée à l'aide du même ensemble de sons, présentés de manière aléatoire à 2 Hz de 75 à 4,15 Hz. 5 dB SPL. Chaque fréquence est présentée huit fois à chaque intensité.
Les réponses aux stimuli naturels ont également été évaluées. Dans des études précédentes, nous avons observé que les vocalisations de rats suscitaient rarement de fortes réponses dans l'ACx, quelle que soit la fréquence optimale neuronale (BF), tandis que les vocalisations spécifiques à la xénogreffe (par exemple, les vocalisations d'oiseaux chanteurs ou de cobayes) activaient généralement l'ensemble de la carte tonale. Par conséquent, nous avons testé les réponses corticales aux vocalisations chez les cobayes (le sifflement utilisé dans 36 était associé à 1 s de stimulus, présenté 25 fois).

Nous pouvons également personnaliser les composants passifs RF selon vos besoins. Vous pouvez accéder à la page de personnalisation pour indiquer les spécifications souhaitées.
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