Masa Depan Sentuhan: Meningkatkan Indra Buatan untuk Pengguna BCI

Kemajuan teknologi yang cepat semakin mempersempit garis antara manusia dan mesin. Di garis depan kemajuan ini adalah antarmuka otak-komputer (BCI), yang menciptakan tautan komunikasi langsung antara aktivitas listrik otak dan output eksternal.

Dengan memfasilitasi komunikasi antara otak dan komputer, BCI membantu memulihkan kemampuan orang yang memiliki tantangan fisik. Ia mengubah aktivitas di otak kita menjadi sinyal yang dapat menggantikan atau meningkatkan fungsi tubuh, seperti gerakan otot, yang biasanya dikendalikan oleh otak. Dengan cara ini, BCI menunjukkan potensi besar dalam meningkatkan kualitas hidup orang. 

Dalam pengembangan selama sekitar setengah abad, BCI telah mengalami kemajuan besar selama bertahun-tahun dengan peneliti kini menunjukkan kemampuan teknologi ini untuk secara efisien memulihkan kemampuan orang dengan disabilitas, seperti kelumpuhan, gangguan motorik, kesulitan berbicara, dan mereka yang mengalami gejala skizofrenia.

Studi juga menunjukkan bahwa penggunaan BCI membantu orang dengan disabilitas merasakan kembali sensasi sentuhan yang hilang. Namun, sensasi taktil tersebut masih tidak sempurna dan serupa antara objek dengan tekstur atau suhu yang berbeda. Sekarang, para ilmuwan berupaya menciptakan rasa sentuhan yang intuitif.

Sentuhan adalah bagian integral dari hidup kita, membantu kita tidak hanya berhubungan dengan orang lain tetapi juga mengambil objek dan berjalan. Menurut Charles Greenspon, seorang ahli saraf di University of Chicago:

“Sebagian besar orang tidak menyadari seberapa sering mereka mengandalkan sentuhan alih-alih penglihatan. Jika Anda tidak dapat merasakan, Anda harus terus-menerus melihat tangan Anda saat melakukan apa pun, dan Anda masih berisiko menumpahkan, menghancurkan, atau menjatuhkan objek.”

Untuk mengembalikan sensasi pada anggota tubuh prostetik, peneliti menggunakan susunan elektroda kecil yang ditempatkan di area otak yang bertanggung jawab untuk fungsi spesifik tersebut. 

Ini memungkinkan peserta menggerakkan anggota tubuh mereka menggunakan lengan robotik hanya dengan memikirkan gerakan sementara sensor pada lengan tersebut memicu pulsa aktivitas listrik di wilayah otak yang didedikasikan untuk sentuhan. Meskipun ilmuwan dapat memunculkan perasaan sentuhan, perasaan tersebut cukup lemah dan sulit untuk dilokalisasi secara tepat di mana kontak sebenarnya terjadi.

Namun kini, penelitian baru memungkinkan pengguna antarmuka otak-komputer merancang pengalaman taktil unik untuk berbagai objek yang ditampilkan di layar dan kemudian, hanya dengan sensasi, menebak objek tersebut dengan tingkat akurasi tertentu.

Tantangan dalam Mengintegrasikan Umpan Balik Sensorik pada Prostetik

Ilmuwan dari University of Pittsburgh School of Medicine telah mencapai terobosan yang membawa mereka lebih dekat untuk mengembangkan BCI yang memungkinkan orang dengan tetraplegia¹, yang juga dikenal sebagai quadriplegia, untuk mengembalikan rasa sentuhan yang hilang.

Tetraplegia adalah kondisi ketika seseorang kehilangan gerakan pada kedua lengan dan kaki, dan seringkali juga pada torso, biasanya karena cedera pada sumsum tulang belakang serviks, stroke, atau kerusakan neurologis lainnya. 

Kerusakan tersebut mengganggu sinyal yang memungkinkan otak menerima dan memproses informasi sensorik seperti sentuhan, sehingga pasien kehilangan rasa pada anggota tubuh yang terkena.

Sementara prostetik menyediakan anggota tubuh buatan untuk menggantikan fungsi yang hilang, hal ini hanya dapat tercapai jika mereka juga memberikan rasa sentuhan, mirip dengan anggota tubuh asli. Prostetik tradisional fokus utama pada pemulihan gerakan, tetapi kemajuan teknologi telah memungkinkan adanya rasa sentuhan dengan penggunaan sensor dan stimulasi listrik.

Untuk sepenuhnya mengembalikan fungsi anggota tubuh yang hilang, perangkat harus terintegrasi secara mulus dengan sistem sensorimotor yang sudah ada pada seseorang, yang menghubungkan persepsi dan aksi manusia.

Untuk mencapai hal ini, umpan balik taktil sangat penting. Bentuk interaksi sensorik dengan perangkat ini berfokus pada pengalaman sentuhan fisik.

Cara menjanjikan untuk menyediakan umpan balik semacam ini adalah melalui mikrostimulasi intrakortikal (ICMS) pada korteks somatosensorik, yang dapat memunculkan sensasi terlokalisasi pada anggota tubuh paralisis seseorang. Dengan menyampaikan informasi taktil langsung ke otak, ICMS menjadi pilihan menarik bagi orang dengan amputasi tingkat tinggi atau cedera sumsum tulang belakang.

Namun, mencapai hal ini tidaklah sederhana melainkan sangat sulit karena pemahaman kita yang terbatas tentang pemrosesan neural sentuhan. Pembatasan perangkat keras juga membatasi kemampuan untuk mereplikasi respons neural secara alami. Selain itu, ruang parameter stimulasi kompleks, dan laporan tentang seberapa nyata pengalaman buatan dengan sensasi tersebut cenderung bias dan sulit diinterpretasikan.

Meskipun posisi dan kekuatan sentuhan yang dipicu melalui mikrostimulasi korteks somatosensorik dapat disampaikan secara andal, terdapat masalah dalam mengembangkan sensasi alami yang lebih rumit, yang melibatkan teknik yang tidak memadai untuk secara efektif memindai ruang rangsangan yang luas dan masalah dalam menganalisis kualitas persepsi.

Sebagian besar studi yang mengeksplorasi psikofisika ICMS telah memanipulasi satu parameter stimulasi pada satu waktu. Kebanyakan studi dilakukan pada primata non-manusia yang tidak dapat mengungkapkan sensasi yang mereka alami.

Secara sederhana, ada kebutuhan akan metode yang lebih efisien untuk mengeksplorasi kualitas sensasi yang dipicu melalui ICMS.

Jadi, dalam studi terbaru, kolaborasi antara Pitt dan University of Chicago, para ilmuwan memperkenalkan antarmuka yang mengatasi tantangan dalam menciptakan sensasi naturalistik yang kompleks.

Studi mencatat bahwa, dengan harapan orang pada akhirnya akan menggunakan BCI loop tertutup dalam kehidupan sehari-hari, penting untuk menyelidiki penggunaan fungsional dan pengalaman sensasi yang dipicu ICMS.

Namun, sampel peserta yang tersedia dalam penelitian semacam ini terbatas. Hanya sekitar tujuh orang dengan implan intrakortikal bidirectional di korteks somatosensorik dan motorik yang tersedia, dan studi tersebut melibatkan tiga di antaranya.

Memberdayakan Pengguna BCI untuk Menentukan Pengalaman Sensorik Mereka

Antarmuka yang dibuat oleh para ilmuwan telah digunakan oleh tiga individu pria dengan tetraplegia untuk merancang sensasi mereka untuk berbagai objek virtual.

Sensasi taktil buatan dirancang untuk mewakili interaksi dengan kucing, apel, kunci, handuk, dan sepotong roti panggang. Objek-objek ini dipilih karena rentang dimensi taktilnya, termasuk keakraban, kesenangan, suhu, tekstur mikro dan makro, kelembapan, gesekan, dan kepatuhan.

Peserta menggunakan fungsi residual di tangan kiri mereka untuk berinteraksi dengan antarmuka tablet yang menghasilkan sensasi “sentuhan” pada permukaan telapak tangan mereka.

Saat menjelajahi objek melalui sentuhan buatan mereka, peserta menggambarkan kebulatan dingin sebuah apel, permukaan kunci pintu yang halus dan kaku, serta bulu hangat kucing. Hal ini sangat berbeda dari eksperimen sebelumnya, di mana sentuhan buatan sering terasa seperti kesemutan atau berdengung, yang bahkan tidak bervariasi antara satu objek dengan yang lain.

Yang membedakan eksperimen ini dari penelitian sebelumnya adalah peserta mengendalikan stimulasi mereka sendiri dan dapat secara aktif menjelajahi objek yang ditampilkan secara visual. 

Dalam stimulasi pasif, di mana tidak ada penglihatan dan eksplorasi, orang biasanya melaporkan sensasi pada tingkat kulit seperti tekanan atau getaran. Hal ini karena perhatian peserta terfokus pada tubuh mereka. 

Sebaliknya, peserta dalam eksplorasi aktif cenderung fokus pada dunia eksternal. Oleh karena itu, mereka menafsirkan persepsi yang sama sebagai sensasi berorientasi objek seperti kekasaran. Inilah mungkin mengapa peserta studi terbaru secara spontan melaporkan lebih banyak deskripsi sensasi berorientasi objek.

Kemampuan peserta untuk mengendalikan penyajian stimulasi dengan “menyentuh” objek yang ditampilkan di tablet membantu menciptakan konteks eksperimen yang lebih realistis. Di sini, sensasi yang dialami bukan hasil dari stimulasi yang dipandu peneliti tanpa konteks yang bermakna, melainkan gerakan eksploratif yang ditargetkan.

Para ilmuwan pada dasarnya memberi pengguna BCI kontrol atas detail stimulasi listrik yang menciptakan sensasi taktil alih-alih membuat keputusan tersebut sendiri, memungkinkan mereka menciptakan kembali rasa sentuhan yang terasa intuitif bagi mereka. Menurut penulis utama Ceci Verbaarschot, mantan peneliti postdoc di Pitt Rehab Neural Engineering Labs dan saat ini asisten profesor bedah saraf dan rekayasa biomedis di University of Texas-Southwestern:

“Sentuhan adalah bagian penting dari komunikasi sosial non-verbal; ia adalah sensasi yang bersifat pribadi dan membawa banyak makna.” 

She added:

“Mendesain sensasi mereka sendiri memungkinkan pengguna BCI membuat interaksi dengan objek terasa lebih realistis dan bermakna, yang membawa kita lebih dekat pada penciptaan neuroprostetik yang terasa menyenangkan dan intuitif untuk digunakan.”

Merekonstruksi Realitas Sensorik dari Input Neural Saja

Selama studi, sambil mencari sentuhan yang sempurna, ilmuwan meminta peserta BCI untuk pertama kali menemukan kombinasi parameter stimulasi yang terasa seperti menyentuh roti panggang, handuk, kunci, apel, atau kucing.

Sementara itu, pengguna menjelajahi objek yang ditampilkan secara digital. Peserta studi menggambarkan objek dengan istilah yang hidup, yang bersifat subjektif. Misalnya, satu peserta menggambarkan kucing sebagai sutra dan halus, sementara peserta lain menggambarkannya sebagai berderak dan hangat. Kemudian gambar-gambar tersebut dihilangkan, dan hanya dengan stimulasi mereka, mereka harus mengenali objek-objek tersebut.

Untuk mensimulasikan pengalaman “menyentuh” bagi pengguna BCI, studi ini menstimulasi tiga elektroda secara berurutan. Setiap elektroda ini, yang dipicu oleh kontak dengan wilayah berbeda dari objek, memunculkan sensasi di area tangan yang berdekatan.

Peserta mampu mengidentifikasi secara akurat satu dari lima objek tanpa petunjuk visual sebanyak 35% waktu, yang secara signifikan di atas peluang acak namun masih memerlukan perbaikan signifikan. Namun, kebingungan antara dua sensasi meningkat untuk objek yang memiliki karakteristik taktil lebih banyak yang sama.

“Kami merancang studi ini untuk menembak ke bulan dan berhasil mencapainya. Peserta memiliki tugas yang sangat sulit untuk membedakan objek hanya dengan sensasi taktil, dan mereka cukup berhasil melakukannya.”

– Penulis senior studi Robert Gaunt, Ph.D., yang merupakan profesor associate bidang kedokteran fisik dan rehabilitasi di Pitt

Gaunt menunjukkan bahwa bahkan kesalahan tersebut “dapat diprediksi,” karena lebih sulit membedakan handuk dan kucing, keduanya lembut, sementara kebingungan lebih kecil antara kucing dan kunci.

Secara keseluruhan, studi menemukan bahwa menjanjikan bahwa peserta mampu menciptakan sensasi objek yang berbeda bahkan dalam lingkungan yang menantang dengan ruang parameter yang besar.

Studi menyimpulkan bahwa mikrostimulasi di korteks somatosensorik dapat merangsang persepsi intuitif dengan berbagai properti berwujud. Stimuli yang lebih kompleks “membuka ruang persepsi yang lebih luas yang dapat memungkinkan orang membedakan objek yang dipersepsikan secara buatan dengan presisi dan intuisi yang meningkat,” demikian dikatakan.

Ini merupakan langkah besar menuju penciptaan anggota tubuh buatan yang secara mulus menyatu dengan dunia sensorik unik individu.

Fokus yang Semakin Meningkat pada Penyempurnaan Sentuhan Buatan dalam BCI

Dalam dunia BCI, saat ini terdapat fokus yang semakin meningkat pada membuat sentuhan lebih intuitif. Hanya tahun ini saja, beberapa peneliti telah membuat kemajuan pada lengan prostetik robotik dan BCI untuk mengembalikan kontrol motorik serta rasa sentuhan.

Neurosaintis Greenspon dan timnya menangani keterbatasan saat ini dalam menciptakan sensasi sentuhan alami pada anggota tubuh buatan dengan fokus memastikan bahwa sensasi sentuhan yang distimulasi secara listrik terlokalisasi secara tepat, stabil, dan cukup kuat untuk penggunaan sehari-hari.

Untuk ini, mereka memberikan pulsa pendek ke elektroda individual di pusat sentuhan. Kemudian, peserta melaporkan lokasi dan kekuatan setiap sensasi yang mereka rasakan, membantu membuat peta komprehensif wilayah otak untuk bagian tubuh tertentu.

Pengujian menunjukkan bahwa menstimulasi dua elektroda yang berdekatan secara bersamaan membuat peserta merasakan sentuhan yang lebih kuat dan jelas.

Makalah pelengkap bekerja pada membuat sentuhan buatan lebih intuitif dan imersif dengan menempatkan gugusan elektroda dengan lokasi sensorik yang tumpang tindih. Ini menghasilkan perasaan yang digambarkan peserta sebagai sentuhan lembut yang meluncur, meskipun rangsangan yang diberikan berupa langkah kecil dan terpisah.

Mengaktifkan elektroda secara berurutan juga meningkatkan kemampuan peserta untuk membedakan bentuk berwujud yang rumit dan merespons perubahan pada objek yang disentuh, membantu membawa umpan balik bionik lebih dekat ke kemampuan sentuhan alami yang kompleks dan presisi.

“Kami menyampaikan sensasi taktil terkait orientasi, kelengkungan, gerakan, dan bentuk 3D untuk seorang peserta yang menggunakan anggota bionik yang dikendalikan otak. Kami berada pada tingkat lain dari sentuhan buatan sekarang. Kami pikir kekayaan ini penting untuk mencapai tingkat kelincahan, manipulasi, dan pengalaman taktil berdimensi tinggi yang khas pada tangan manusia.”

– Penulis utama studi Giacomo Valle, Asisten Profesor di Chalmers University of Technology.

Sementara itu, ilmuwan di Max Planck Institute for Intelligent Systems menciptakan perangkat yang dapat dikenakan yang dapat menyampaikan sensasi taktil ekspresif seperti sentuhan menenangkan, tekanan pada kulit, dan getaran pada frekuensi luas, melampaui kemampuan perangkat saat ini.

Untuk memperluas sensasi haptik, mereka mengembangkan perangkat yang dapat dikenakan berbasis elektrohidrolik kulit (CUTE) yang digerakkan secara listrik dan dapat disesuaikan untuk memberikan berbagai jenis sentuhan dengan mengubah tegangan seiring waktu.

“Perangkat CUTE kami menunjukkan kelayakan menciptakan sistem yang dapat dikenakan ringan yang menyediakan komunikasi taktil yang menyenangkan dan ekspresif. Pengembangan di masa depan dapat melihat teknologi ini diterapkan pada area tubuh yang lebih luas, menghasilkan sensasi yang lebih kompleks, bahkan mempelajari persepsi manusia terhadap isyarat haptik yang sebelumnya sulit dibuat.”

– Penulis pertama Natalia Sanchez, mahasiswa Ph.D. di MPI-IS

Berinvestasi di Ruang Antarmuka Otak-Komputer

Sebagian besar perusahaan yang mengerjakan antarmuka otak-komputer masih bersifat pribadi, yang membuat investor biasa sulit mendapatkan eksposur. ClearPoint Neuro (CLPT ) adalah salah satu dari sedikit pengecualian publik. Ia tidak membangun BCI sendiri, tetapi alat bedah berbasis MRI yang dimilikinya sudah digunakan di rumah sakit untuk menanamkan perangkat neural. Hal ini menjadikannya pemain di balik layar yang membantu mendorong bidang ini maju—dan kesempatan langka untuk berinvestasi di ruang ini melalui pasar publik.

ClearPoint Neuro Inc.

ClearPoint Neuro, perusahaan yang memungkinkan terapi gen, mengkhususkan diri dalam navigasi presisi ke otak dan tulang belakang. Dengan menyediakan platform yang memfasilitasi penempatan perangkat secara tepat di otak, teknologinya memainkan peran penting dalam pengembangan dan penerapan sistem BCI serta memajukan aplikasinya.

Dengan lebih dari 50 mitra di BioPharma dan lebih dari 75 pusat neurobedah secara global, ClearPoint berada pada posisi yang baik untuk tumbuh dalam industri yang sedang berkembang ini.

Dengan kapitalisasi pasar $387 juta, saham perusahaan saat ini diperdagangkan pada $13,86, turun 9,75% sejauh ini tahun ini. EPS (TTM) nya -0,70 dan P/E (TTM) -19,68, sementara tidak ada dividen yang ditawarkan kepada pemegang saham.

Mengenai keuangan perusahaan, ClearPoint melaporkan pendapatan $31,4 juta untuk tahun 2024. Dengan peningkatan 31% dari tahun sebelumnya, perusahaan mencatat tahun pertumbuhan kesepuluh berturut-turut. Selama periode ini, ia juga mencapai margin kotor 61% pada penjualannya, naik 4% dari tahun sebelumnya.

Ini merupakan “kinerja keuangan dan strategis terkuat,” kata CEO Joe Burnett, menambahkan, “Yang sangat penting, kami merasa bahwa kami telah memasuki fase berikutnya ClearPoint sebagai perusahaan, fase yang kami sebut ‘Fast. Forward.’”

Setelah melakukan pelunasan awal pada convertible note sebesar $10 juta, perusahaan tidak memiliki utang yang belum dibayar pada akhir tahun. Kas yang terbakar selama periode ini sebesar $9 juta, 35% lebih sedikit dibandingkan yang dibelanjakan ClearPoint pada 2023. Pada 31 Desember 2024, perusahaan memiliki kas dan setara kas sebesar $20,1 juta.

Baru-baru ini, perusahaan mengajukan permohonan ke FDA untuk memperluas penggunaan ClearPoint Prism Neuro Laser Therapy System untuk MRI. Langkah ini berpotensi membuka pasar US Interstitial Thermal Therapy (LITT) yang saat ini tidak dapat diakses bagi perusahaan.

Terbaru tentang Clearpoint Neuro Inc.

Kesimpulan

Dengan kemampuan mereka untuk menentukan niat kita bergerak atau mengendalikan sesuatu di lingkungan Anda secara langsung dari aktivitas otak, antarmuka otak-komputer (BCI) menunjukkan potensi besar dalam merevolusi cara manusia, terutama mereka dengan disabilitas, berinteraksi dengan teknologi serta dunia di sekitar kita. BCI pada dasarnya memungkinkan pengguna mengendalikan perangkat hanya dengan pikiran mereka.

Studi dari Pitt Med, yang memungkinkan pengguna menciptakan lingkungan taktil mereka sendiri, menandai pergeseran penting dari sekadar mengembalikan fungsi menjadi mengembalikan pengalaman. Ini menunjukkan bahwa prostetik dapat lebih dari sekadar alat; mereka sebenarnya dapat menjadi perpanjangan diri.

Namun ini masih merupakan awal, dengan ruang perbaikan yang signifikan. Namun, seiring evolusi sistem BCI, garis antara sensasi buatan dan biologis akan terus kabur, dan dengan itu, kemampuan canggih yang akan mengubah cara kita memandang, berinteraksi, bahkan mendefinisikan kesadaran.

Klik di sini untuk daftar perusahaan antarmuka otak-komputer terbaik.

Studi yang Dirujuk:

1. Verbaarschot, C., Karapetyan, V., Greenspon, C. M., Cramer, A., van der Kouwe, A., Wendelken, S., … & Andersen, R. A. (2025). Conveying tactile object characteristics through customized intracortical microstimulation of the human somatosensory cortex. Nature Communications, 16, 4017. https://doi.org/10.1038/s41467-025-58616-6