Antarmuka Otak-Komputer (BCI) Terobosan yang Memberdayakan Penyandang Disabilitas untuk Memulihkan Kemampuan dan Berkembang

Kemajuan teknologi berkembang dengan kecepatan yang sangat cepat sehingga orang dengan disabilitas kini dapat berbicara, berjalan, bermain game, dan melakukan jauh lebih banyak hanya dengan pikiran mereka.

Perkembangan ini telah didorong oleh kemajuan dalam teknologi Antarmuka Otak-Komputer (BCI). BCI memungkinkan individu mengendalikan perangkat eksternal, seperti komputer, hanya dengan pikiran mereka. Antarmuka ini bekerja dengan memperoleh sinyal otak, menganalisisnya, dan menerjemahkannya menjadi perintah yang dapat disampaikan ke perangkat keluaran.

BCI memiliki berbagai aplikasi, termasuk membantu orang dengan disabilitas dengan memulihkan fungsi yang hilang akibat kondisi seperti stroke, neurodegenerasi, dan cedera tulang belakang. Dengan memulihkan kemampuan seperti penglihatan, bicara, dan fungsi motorik, BCI menunjukkan potensi untuk meningkatkan kemampuan manusia.

Tergantung pada bagaimana sinyal diambil dari otak, Antarmuka Otak-Komputer dapat disebut sebagai:

1. Invasif, di mana elektroda dipasang langsung di korteks
2. Semi-invasif, di mana elektroda ditempatkan pada permukaan otak yang terbuka
3. Non-invasif, di mana elektroda ditempatkan pada kulit kepala

Selama dekade terakhir, penelitian dan pengembangan teknologi BCI telah berkembang secara signifikan. Kemajuan terbaru memungkinkan individu dengan kelumpuhan parah berkomunikasi dengan menerjemahkan sinyal otak mereka menjadi teks dan mendapatkan kembali kontrol atas anggota prostetik atau otot mereka. BCI juga sedang dieksplorasi untuk meningkatkan memori, memperbaiki pembelajaran, dan mengatasi masalah kesehatan mental.

Dengan begitu banyak hal yang terjadi di bidang BCI, mari kita lihat terobosan terbaru yang dibuat oleh para ilmuwan yang berpotensi secara signifikan meningkatkan kemampuan manusia. 

Memulihkan Kemampuan Bicara dengan Akurasi Tinggi

Dalam sebuah studi yang diterbitkan bulan ini, peneliti mengembangkan BCI baru yang menerjemahkan sinyal otak menjadi bicara dengan akurasi hingga 97%, yang merupakan salah satu sistem paling akurat dalam jenisnya.

Sensor-sensor tersebut dipasang di otak Casey Harrell, seorang pria berusia 45 tahun yang memiliki gangguan bicara parah akibat amyotrophic lateral sclerosis (ALS). Juga dikenal sebagai penyakit Lou Gehrig, gangguan neurologis ini memengaruhi sel saraf yang mengendalikan gerakan di seluruh tubuh dan menyebabkan hilangnya kemampuan berjalan, berdiri, dan berbicara secara bertahap.

Ketika Harrell bergabung dalam uji klinis BrainGate, bicaranya tidak dapat dipahami, dan orang lain harus membantu menafsirkannya. Namun, dalam hitungan menit setelah mengaktifkan sistem BCI, ia dapat mengomunikasikan ucapan yang dimaksudkan.

UC Davis Health menciptakan teknologi BCI baru ini untuk orang dengan kondisi neurologis yang tidak dapat berkomunikasi melalui bicara. 

Ketika pengguna berusaha berbicara, sistem baru ini menafsirkan sinyal otak sebelum mengubahnya menjadi teks yang kemudian ‘diucapkan’ keras-keras oleh komputer.

“Teknologi BCI kami membantu seorang pria dengan kelumpuhan berkomunikasi dengan teman, keluarga, dan pengasuh.”

– David Brandman, co-penulis senior dan co-peneliti utama studi serta ahli bedah saraf di UC Davis

Dia juga menambahkan bahwa eksperimen mereka telah menunjukkan “neuroprostesis bicara paling akurat (perangkat) yang pernah dilaporkan.”

Brandman, yang juga merupakan asisten profesor di Departemen Bedah Neurologi UC Davis dan co-direktur Laboratorium Neuroprostetik UC Davis, menanamkan perangkat BCI pada Juli tahun lalu. Empat array mikroelektroda dipasang ke wilayah otak yang bertanggung jawab atas koordinasi bicara, yaitu gyrus precentral kiri. Array ini menggunakan 256 elektroda kortikal untuk merekam aktivitas otak.

Dengan perangkat ini, upaya pasien untuk menggerakkan otot dan berbicara terdeteksi.

“Kami merekam dari bagian otak yang berusaha mengirimkan perintah ini ke otot. Dan kami pada dasarnya mendengarkan itu, dan kami menerjemahkan pola aktivitas otak tersebut menjadi fonem – seperti suku kata atau unit bicara – dan kemudian kata-kata yang mereka coba ucapkan.”

– Neuroscientist Sergey Stavisky, co-peneliti utama studi dan asisten profesor di Departemen Bedah Neurologi serta co-direktur Laboratorium Neuroprostetik UC Davis

Teknologi BCI telah berkembang pesat selama bertahun-tahun, tetapi upaya untuk memungkinkan komunikasi masih lambat dan rentan terhadap kesalahan kata yang sering. Ini karena program pembelajaran mesin yang menafsirkan sinyal otak memerlukan banyak waktu dan data untuk berfungsi.

Sistem baru ini bertujuan menghilangkan hambatan komunikasi yang membuat pengguna sulit dipahami secara konsisten.  

“Tujuan kami adalah mengembangkan sistem yang memberdayakan seseorang untuk dipahami kapan pun mereka ingin berbicara.”

– Brandman

Pasien menggunakan sistem ini baik dalam percakapan spontan maupun yang dipicu. Kecepatan dekoding, dalam kedua kasus, terjadi secara real-time dengan pembaruan terus-menerus yang menjaga akurasi. Kata-kata yang didekode kemudian ditampilkan di layar dan dibacakan keras-keras oleh komputer. 

Suara yang membacakan itu sebenarnya adalah suara pasien sebelum ia mengidap ALS. Untuk itu, peneliti menggunakan perangkat lunak yang dilatih dengan sampel audio yang ada dari suara pasien sebelum ALS.

Sesi pelatihan data bicara pertama hanya memakan waktu setengah jam untuk mencapai akurasi kata 99,6% dengan kosakata 50 kata. Sesi berikutnya memerlukan tambahan 1,4 jam data pelatihan untuk mencapai akurasi kata 90,2% dengan kosakata 125.000 kata. Dengan pengumpulan data yang berkelanjutan, BCI mempertahankan akurasi 97,5%.

Kemampuan ini untuk mendekode apa yang dikatakan orang dengan implan dengan benar sekitar 97% waktu, menurut Brandman, “lebih baik daripada banyak aplikasi smartphone komersial yang mencoba menafsirkan suara seseorang.”

Studi tersebut melakukan 84 sesi pengumpulan data selama 32 minggu. Pasien menggunakan BCI untuk komunikasi melalui video chat dan secara langsung selama lebih dari 248 jam. 

Meningkatkan Komunikasi & Mobilitas dengan Sistem BCI Unik

Pengembangan besar lainnya dalam beberapa bulan terakhir datang dari Carnegie Mellon University, di mana peneliti berhasil mencapai fungsionalitas BCI dua arah. Pencapaian ini meningkatkan kemampuan antarmuka untuk menafsirkan sinyal otak dan mengirimkan umpan balik sensorik langsung kembali ke otak. 

Bin He, seorang profesor teknik biomedis di universitas tersebut, dan timnya berhasil mengintegrasikan stimulasi ultrasonik terfokus untuk mewujudkan komunikasi ganda untuk pertama kalinya. 

Dalam sebuah studi dengan 25 subjek manusia, BCI dua arah menggunakan pembelajaran mesin untuk mengkode dan mendekode gelombang otak. Pengembangan ini berpotensi secara signifikan meningkatkan kualitas sinyal dan kinerja keseluruhan BCI non-invasif dengan merangsang sirkuit saraf yang ditargetkan.

Meskipun teknologi BCI non-invasif aman dan murah, fakta bahwa ia merekam sinyal di atas kulit kepala alih-alih dari dalam otak serta kualitas sinyalnya memiliki keterbatasan. 

Oleh karena itu, kelompok Carnegie Mellon University telah bekerja meningkatkan efektivitas BCI non-invasif. Hal ini mengarah pada penggunaan pendekatan pembelajaran mendalam untuk mendekode apa yang dipikirkan seseorang dan kemudian memfasilitasi kontrol lengan robotik atau kursor. Sekarang, dalam penelitian terbaru mereka, kelompok tersebut menggunakan ultrasonik terfokus untuk neuromodulasi non-invasif yang presisi, dan temuan menunjukkan peningkatan signifikan dalam kinerja komunikasi BCI berbasis EEG.

Subjek manusia dalam studi tersebut menggunakan BCI speller, yang merupakan bantuan gerakan visual yang biasanya digunakan oleh orang yang tidak dapat berbicara untuk berkomunikasi dan mengeja frasa seperti “Carnegie Mellon.”

Dalam studi ini, subjek memakai topi EEG dan menghasilkan sinyal EEG hanya dengan melihat huruf untuk mengeja kata-kata yang mereka inginkan.

Dengan menerapkan sinar ultrasonik terfokus ke area V5 otak, yang merupakan bagian dari korteks visual, para peneliti dapat meningkatkan kinerja BCI non-invasif pada subjek secara signifikan. 

“Inisiatif BRAIN telah mendukung lebih dari 60 proyek ultrasonik sejak awalnya. Aplikasi unik teknologi perekaman dan modulasi non-invasif ini memperluas kotak peralatan, dengan dampak yang berpotensi dapat diskalakan dalam membantu orang yang hidup dengan disabilitas komunikasi.”

– Dr. Grace Hwang, direktur program di Inisiatif BRAIN di NIH

Namun pengembangan besar lainnya terlihat tahun lalu ketika BCI memungkinkan seorang pria lumpuh, setelah mengalami cedera tulang belakang, tidak hanya berdiri tetapi juga berjalan secara alami. Antarmuka otak-tulang belakang ini memenangkan Physics World 2023 Breakthrough of the Year.

Sistem ini mencakup dua perangkat yang sepenuhnya dapat ditanam, satu merekam aktivitas otak terkait gerakan kaki dan yang lainnya menstimulasi secara listrik tulang belakang untuk mengendalikan otot kaki. Hal ini menciptakan ‘jembatan digital,’ memungkinkan individu dengan kelumpuhan lengan dan kaki untuk berjalan.

Sinyal ECoG dari otak dipantau menggunakan grid elektroda 64 saluran yang tertanam dalam sebuah kotak titanium dengan ketebalan yang sama dengan tengkorak.

Teknologi ini dikembangkan berdasarkan WIMAGINE, sebuah perangkat medis implan unik yang dapat merekam aktivitas otak di permukaan korteks. Sebuah algoritma AI khusus juga dikembangkan untuk dekoding real-time niat gerakan pasien.

Dalam uji klinis perangkat ini, seorang pria berusia 38 tahun dengan cedera tulang belakang serviks tidak lengkap akibat kecelakaan sepeda satu dekade sebelumnya memiliki dua perangkat yang ditanam secara bedah di otaknya dan sebuah paddle lead pada tulang belakang lumbarnya.

Dengan menggunakan BSI, pasien dapat naik tangga, mengatasi rintangan, dan menavigasi medan yang berubah. Selain itu, BSI stabil dan dapat diandalkan selama lebih dari satu tahun penggunaan tanpa pengawasan.

Tetapi Bagaimana dengan Keamanan Perangkat BCI?

Di tengah semua kemajuan ini, terdapat banyak kekhawatiran terkait penanganan data neural dan ancaman keamanan siber seperti penyadapan otak dan serangan rangsangan menyesatkan. Kekhawatiran besar lainnya adalah mengenai profil keamanan antarmuka otak-komputer.

Untuk BCI invasif, terdapat risiko infeksi otak, kerusakan jaringan, kejang, pendarahan, dan perdarahan. Sebaliknya, BCI non-invasif dapat menyebabkan sakit kepala, ketegangan mata, dan iritasi kulit akibat paparan medan elektromagnetik yang berkepanjangan. 

Meskipun kekhawatiran ini sah, sebuah studi oleh peneliti Universitas Brown menganalisis hampir dua dekade data keamanan pada uji klinis yang menguji teknologi BrainGate dan menemukan tingkat kejadian buruk yang rendah.

BCI BrainGate telah dikembangkan selama lebih dari dua puluh tahun, dan studi terbaru menyimpulkan bahwa neuroteknologinya harus terus dievaluasi untuk potensinya membantu orang dengan kelumpuhan mengubah pikiran tentang gerakan menjadi tindakan nyata dan memulihkan fungsi neurologis yang hilang.

Menurut Dr. Leigh R. Hochberg, profesor ilmu otak di Brown dan direktur konsorsium akademik BrainGate yang memimpin pengembangan dan pengujian teknologi ini:

“Dalam uji coba terbesar yang sedang berlangsung untuk antarmuka otak-komputer intrakortikal, profil keamanan interim yang dilaporkan hari ini mendukung kemungkinan bahwa sistem ini dapat menjadi neuroteknologi restoratif bagi orang dengan kelumpuhan.”

Sementara BCI intrakortikal menunjukkan potensi besar dalam mobilitas dan pemulihan komunitas, Hochberg mengatakan agar kemajuan ini benar-benar diterjemahkan ke perawatan pasien, semuanya bergantung pada “apakah perangkat tersebut disertai dengan tingkat risiko yang dapat diterima secara rendah.”

Laporan keamanan menilai lebih dari 12.200 hari data keamanan yang mencakup 14 peserta uji klinis berusia 18-75 tahun dengan kuadriparesis akibat ALS, cedera tulang belakang, atau stroke batang otak. 

Antara 2004 dan 2021, ketika semua pasien ini terdaftar dalam uji coba, ditemukan 68 kejadian buruk terkait perangkat. Iritasi kulit merupakan masalah paling umum, terjadi pada sebagian kecil perangkat.

Enam kejadian buruk ditemukan terkait dengan prosedur bedah. Dua peserta dengan riwayat cedera otak traumatis mengalami kejang singkat pasca operasi tetapi dapat diobati dengan mudah. 

Meskipun ada kejadian buruk, tidak ada yang tidak terduga. Selain itu, tidak ada kejadian buruk ini yang menyebabkan infeksi pada sistem saraf yang memerlukan pengangkatan perangkat atau mengakibatkan disabilitas permanen yang meningkat.

Meskipun temuan keamanan yang menggembirakan dari sistem Antarmuka Neural BrainGate merupakan langkah maju yang besar, masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan, termasuk memastikan perangkat sepenuhnya ditanam dan tersedia bagi pengguna 24/7.

Perusahaan yang Membuat Kemajuan di Bidang BCI

Synchron, Blackrock Neurotech, Kernel, dan Emotiv termasuk di antara banyak organisasi yang bekerja untuk memajukan teknologi ini dan mengeksplorasi aplikasinya di sektor medis, kognitif, dan hiburan. 

Sebagian besar perusahaan ini dimiliki secara pribadi, dan jarang melihat perusahaan publik maju di bidang ini. Yang publik biasanya merupakan bagian dari organisasi yang lebih besar. Misalnya, NextMind, yang mengembangkan perangkat BCI non-invasif, diakuisisi oleh Snap Inc. (SNAP ) Contoh lain adalah Ctrl-labs, sebuah startup antarmuka neural yang diakuisisi oleh Meta (sebelumnya Facebook).

Jadi, mari kita lihat beberapa nama terkemuka yang berada di garis depan teknologi BCI:

#1. Neurable 

Neurable adalah perusahaan neuroteknologi yang mengembangkan alat berbasis AI untuk penerjemahan sinyal otak dan teknologi BCI. Pada Mei 2024, perusahaan ini mengumpulkan $13 juta, yang menjadikan total penggalangan dana sejak pendiriannya lebih dari $30 juta. Pada akhir 2019, Neurable mengumpulkan $6 juta dalam putaran pendanaan Seri A untuk melampaui aplikasi VR dan mengembangkan BCI non-invasif, dua tahun setelah meluncurkan permainan VR pertama yang dikendalikan oleh pikiran di dunia.

Sekarang, dengan putaran pendanaan baru ini, perusahaan bertekad membuat teknologinya “aksesibel untuk semua orang,” kata CEO Dr. Ramses Alcaide, menambahkan:

“Kami memberdayakan individu untuk memahami pikiran mereka sendiri, mengoptimalkan kinerja manusia, dan mengatasi tantangan kesehatan paling mendesak generasi kami.”

#2. Precision Neuroscience

Perusahaan ini baru-baru ini mencetak rekor dunia untuk jumlah elektroda, total 4.096, yang ditempatkan pada otak manusia untuk merekam data kortikal. Pengembangan ini merupakan bagian dari pengujian Layer 7 Cortical Interface oleh Precision Neuroscience. Pencapaian ini diharapkan membantu perusahaan “memahami otak dengan cara yang jauh lebih mendalam.”

Precision Neuroscience didirikan oleh Benjamin Rapoport, seorang ahli bedah saraf yang ikut mendirikan Neuralink tetapi keluar, dengan alasan kekhawatiran keamanan. 

#3. Neuralink

Didirikan oleh Elon Musk, Neuralink adalah perusahaan swasta berbasis AS yang mengembangkan BCI berbandwidth tinggi untuk mengobati kondisi neurologis dan pada akhirnya meningkatkan kemampuan kognitif manusia. Fokus perusahaan adalah menciptakan perangkat implan yang dapat membaca dan merangsang sejumlah besar neuron.

Baru-baru ini, orang kedua dengan chip otak Neuralink, yang tidak seperti yang pertama tetap sepenuhnya terpasang pada otak, menggunakan implan tersebut untuk bermain video game populer Counter-Strike 2. Chip tersebut ditanam bulan lalu, dan pasien dilaporkan mengalami pemulihan yang “lancar”. Pasien kehilangan kontrol anggota tubuh setelah cedera tulang belakang. 

Pengembangan ini terjadi setelah pasien pertama mengalami 85% elektroda yang terpasang pada otaknya bergeser, meskipun ia masih dapat menggunakan implan secara efektif. Perusahaan mengurangi beberapa mitigasi untuk menghindari masalah tersebut, dan belum ada penarikan benang yang teramati sejauh ini.

Dalam penampilannya terbaru di podcast Lex Fridman, Musk memprediksi bahwa manusia dengan otak yang ditingkatkan chip yang mengalahkan pemain video game profesional tidaklah jauh lagi. Berbicara tentang masa depan, Musk juga mengatakan bahwa tujuan jangka panjang Neuralink adalah meningkatkan simbiosis AI dan manusia dengan meningkatkan kapasitas individu untuk berkomunikasi dalam skala besar.

Kesimpulan 

Teknologi BCI telah mendapatkan banyak perhatian dan momentum selama beberapa tahun terakhir, dan perkembangan ini tidak menunjukkan tanda-tanda melambat. Bahkan, rekor baru dan terobosan terus dicapai yang bertujuan tidak hanya memungkinkan orang dengan disabilitas memiliki kehidupan yang lebih memuaskan tetapi juga menunjukkan potensi untuk meningkatkan kemampuan pada manusia sehat. 

Meskipun jalan untuk menerapkan teknologi ini masih panjang untuk saat ini, kemajuan terus-menerus menunjukkan bahwa apa yang dulu merupakan bagian dari fiksi ilmiah mungkin segera menjadi kenyataan. 

Klik di sini untuk daftar saham biotek terbaik yang harus dipantau.