基于多模态神经信息和剂量学方法研究LTE电磁场暴露对人脑功能的影响

In recent years, Long Term Evolution (LTE) has developed rapidly as the new generation of wireless telecommunication technology. As a technique proposed by China, experimental networks of TD-LTE have been deployed in some areas and will soon be available for commercial use. It is necessary to investigate the health effects of the electromagnetic fields (EMF) from different endpoints before any large-scale application. This work will not only protect the human health, but also promote the development of LTE-related industries. .In this study, we will combine EEG and fMRI, brain connectivity methods as well as dosimetry to investigate the effects of LTE-related EMF on human brain function. We establish the LTE exposure platform to perform the local exposure experiment. The EEG and fMRI data are recorded from prior- and post- exposure. By multimodal analysis, we obtain the regional functional features and the connectivity performances of brain function. Meanwhile, we perform the segmentation based on MRI images to reconstruct the numerical head models. The finite-difference time-domain method is subsequently applied to evaluate the power absorption in each head model subjected to EMF exposures. At the end, we integrate the results from EEG/fMRI experiments and from dosimetry to investigate the relationship between the LTE EMF exposure and the induced brain activation.

近年来，LTE(Long Term Evolution)作为新一代无线通信技术得到了迅速发展。我国提出的TD-LTE标准也已经在国内部分地区开通了实验网，并即将商用。在这一技术大规模使用之前，有必要从多角度对它进行电磁场健康效应的研究，从而在保证人民群众健康的同时，促进LTE相关产业顺利发展。.本研究将综合EEG、fMRI两种手段，应用脑功能连接分析技术和剂量学仿真计算来研究LTE电磁场暴露对脑功能的影响。在实验室可控环境中搭建LTE电磁照射平台，对脑部进行局部电磁照射实验。采集照射前后EEG、fMRI数据，分析脑功能状态的局部特征和脑区间网络连接情况。同时基于MRI图像分割头部组织，并建立头部解剖学数字模型，利用时域有限差分法分析各被试大脑整体及局部的电磁场能量吸收情况。最后，综合EEG、fMRI分析结果与电磁场剂量学结果，评估人脑受LTE电磁场照射后能量分布情况与脑功能激发状态的关系。

无线通信设备的广泛使用，在给人类带来极大便利和经济效益的同时，也对环境和人体健康造成了一定影响。越来越多研究开始关注电磁场辐射生物效应及其对人体健康的影响。项目实施的三年正好是4G网络在中国开始商用、广泛推广的三年。项目试图运用脑科学先进技术手段（包括脑电和功能磁共振）和数据分析处理方法（电磁场仿真计算、脑功能连接分析等），多角度对LTE电磁场短期生物效应进行研究。从而在促进LTE相关产业顺利发展的同时，充分保护人民群众健康的电磁辐射环境。. 项目主要研究内容包括可控LTE电磁场照射实验系统的实现，电磁场照射实验及脑电/功能磁共振数据的采集，数字化人头及儿童全身解剖模型的建立，电磁场仿真算法的改进，多场景LTE电磁场剂量仿真（特别是有无脑电电极对头部剂量分布影响等），脑电和功能磁共振实验数据的多层次分析处理方法研究（频谱分析、低频振荡波动分析、脑功能网络连接等），LTE电磁场短期照射是否存在神经效应分析，近红外脑功能成像数据分析处理、图像分割及电磁场剂量软件系统搭建等。. 经过三年项目实施，我们成功建立实验室环境下安全可控的LTE电磁场照射实验系统，完成多组成人头部/儿童全身数字化解剖模型，改进了时域有限差分算法并对多个场景下人体组织的LTE电磁场剂量分布进行了有效评估，实现了一套磁共振图像分割及电磁场剂量计算的软件系统，基于脑电和功能磁共振实验数据多层次揭示了短期LTE电磁场照射对脑功能激活存在影响的神经生理学效应。其中，发表在Clinical Neurophysiology上有关fMRI技术研究LTE频段电磁辐射短期神经效应的论文，受到国际同行广泛关注。美国加州大学伯克利分校Joel M. Moskowitz教授特地撰写评论报道，认为我们的工作是国际上第一篇有关LTE短期电磁辐射生物效应的研究报道，该报道被国际上众多网站（如移动运营制造商联盟）转载。此外，我们所建成的成年男女以及儿童体素化模型，目前已经在国内外多个著名实验室如法国电信获得应用。项目中我们共发表17篇学术论文和1项专利，14篇标注了基金编号的论文中SCI检索论文8篇（包括Clinical Neurophysiology, Bioelectromagnetics等），EI检索论文4篇。作为项目承担人和主要团队成员在电磁辐射方面获得了博士后基金、国际合作及国家自然科学基金项目各一项。