Es wurden kortikale Gewebe-Schnitte verwendet, um die Wirkungen einer Millimeterwellen-Exposition auf individuelle Pyramidenzellen unter Bedingungen zu untersuchen, die ihre in vivo-Umgebung imitieren.
Die Gehirne wurden aus drei neonatalen Ratten isoliert. Insgesamt wurden acht Neuronen in acht Schnitten von drei Ratten gepatched. Die verschiedenen Millimeterwellen-Leistungsdichten wurden in zufälliger Reihenfolge am Schnitt angelegt, um mögliche Wirkungen einer kumulativen Exposition aufzuheben.
Für die Bewertung der neuronalen Aktivität bei Fehlen der intrazellulären Calcium-Signalgebung wurden die intrazellulären Calcium-Speicher durch Hinzufügen von 10 mM EGTA gepuffert.
| Exposition | Parameter |
|---|---|
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Exposition 1:
60,125 GHz
Modulationsart:
CW
Expositionsdauer:
kontinuierlich für 60 s
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Several millimeter wave power flux densities were applied to the slice in randomized order to remove any possible effects of cumulative exposure.
| Frequenz | 60,125 GHz |
|---|---|
| Typ | |
| Polarisation | |
| Expositionsdauer | kontinuierlich für 60 s |
| Modulationsart | CW |
|---|
| Expositionsquelle | |
|---|---|
| Aufbau | open-ended rectangular waveguide with a 3.8 mm x 1.9 mm aperture positioned above the tissue chamber; microwave power perpendicular to the chamber's plane; tip of the waveguide placed with an air gap of 4.8 mm to the surface of the aCSF (artifical cerebrospinal fluid) solution and 7 mm on top of the brain slice; the microwave beam expands at the aCSF surface forming a half-power ellipse of 5.5 mm² (major and minor axis 14.2 mm and 4.9 mm respectively); it is refracted upon entering the solution and forms a half-power ellipse of 6.5 mm² (major and minor axis 15.2 mm and 5.4 mm respectively) at the top of the 300 µm thick brain slice |
| Messgröße | Wert | Typ | Methode | Masse | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|
| Leistung | 185 W | - | gemessen | - | - |
| Leistungsflussdichte | 90 mW/cm² | - | gemessen | - | an der Oberfläche der aCSF Lösung |
| Leistungsflussdichte | 800 nW/cm² | Maximum | gemessen | - | 30-50 nW/cm² , 70-90 nW/cm² , 140-200 nW/cm² , 250-330 nW/cm² , 490-600 nW/cm², 700-800 nW/cm² |
Selbst bei diesen geringen Energie-Werten (drei Zehnerpotenzen unterhalb der existierenden Grenzwerte für die menschliche Exposition von 1 mW/cm²) konnten die Millimeterwellen beachtliche Veränderungen in der neuronalen Feuerrate und den Zellmembran-Eigenschaften erzeugen. Bei der Leistungsdichte, die sich 1µW/cm² annäherte, verminderte die einminütige Exposition bei vier von acht untersuchten Neuronen die Feuerrate um ein Drittel des Wertes vor der Exposition. Die Breite der Aktionspotenzial-Amplituden wurde durch die Millimeterwellen-Exposition um 17 % des Grundwertes verengt und der Einganswiderstand der Membran nahm um 54 % des Grundwertes aller Neuronen ab. Diese Wirkungen waren kurzzeitig (2 Minuten oder weniger) und wurden von Millimeterwellen-induzierter Erwärmung der Bad-Lösung um 3°C begleitet.
Der Vergleich dieser Ergebnisse mit kürlich publizierten Daten* zu den Wirkungen einer Bad-Erwärmung um 10°C deutete darauf hin, dass die Millimeterwellen-induzierten Wirkungen nicht vollständig der Erwärmung zugeschrieben werden können und eine spezifische Millimeterwellen-Absorption durch das Gewebe einschließen könnte.
Die Hemmung der intrazellulären Ca2+-vermittelten Signalgebung veränderte nicht signifikant die Millimeterwellen-induzierten neuronalen Reaktionen, was darauf hindeutet, dass die Millimeterwellen direkt mit der neuronalen Zellmembran interagieren.
*Lee JCF et al. (2005): Effects of temperature on calcium transients and Ca2+-dependent after hyperpolarizations in neocortical pyramidal neurons. J. Neurophysiol. (93) 2012-20.
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