PNAS｜施一公团队揭示特定电磁辐射的调制频率对睡眠行为具有调节作用

环境中的电磁辐射（electromagnetic radiation, EMR），尤其是微波范围内的电磁辐射，可能会对公众健康造成影响。最近有报道称，暴露于由 100 Hz方波脉冲调制的占空比（duty cycle）为 1/8的2.4 GHz电磁辐射中会明显提高小鼠的清醒（wakefulness）程度。

然而，关于电磁辐射影响清醒状态的具体机制，仍有几项核心问题悬而未决：调制频率的选择是否关键？方波脉冲的陡峭边缘是否是引发睡眠/清醒转换的主要因素？除了2.4 GHz之外的载波频率是否同样能引起睡眠/清醒状态的转变？占空比参数在其中起到何种作用？

在一项新的研究中，来自中国清华大学和西湖大学的研究人员证实了睡眠/清醒改变与电磁辐射调制频率、载波频率和调制模式的关系，从而解答了这些问题。相关研究结果于2024年4月1日发表在PNAS期刊上，论文标题为“Impact of specific electromagnetic radiation on wakefulness in mice”。论文通讯作者为西湖大学施一公院士。

图片来自PNAS, 2024, doi:10.1073/pnas.2313903121

研究团队发现，1000 Hz的调制频率同样能引发类似的清醒度增强效果，而10 Hz的调制频率则未能产生显著影响。

有趣的是，在比较了2.4 GHz载波频率与其他载波频率时，他们观察到不论调制频率如何，相同功率密度的935 MHz电磁辐射对清醒状态的影响微乎其微。更为引人注意的是，即使将2.4 GHz电磁辐射的调制方式从100 Hz方波脉冲转变为正弦脉冲调制，小鼠的清醒状态依然能得到显著提升。与此相反，采用100 Hz连续正弦幅度调制，在保持相同时间平均功率输出的情况下，并未观测到任何明显的清醒状态变化。

综上所述，电磁辐射对睡眠行为的调节作用并非单纯取决于载波频率，而是与调制的频率和模式有着密切关联。这一系列研究结果为揭示动物对特定电磁辐射的生物感知机制提供了新的线索，同时也提示我们在评估电磁辐射对生物体健康影响时，应当全面考虑辐射的各种参数特征。

参考资料：

Hu Deng et al. Impact of specific electromagnetic radiation on wakefulness in mice. PNAS, 2024, doi:10.1073/pnas.2313903121.