Peneliti Membuat Terobosan dalam Teknologi Antarmuka Otak-Komputer

BrainGate peneliti baru-baru ini membuat terobosan besar dalam bidang antarmuka otak-komputer (BCI) setelah peserta uji klinis dengan tetraplegia menunjukkan penggunaan BCI nirkabel intrakortikal dengan transmitter nirkabel eksternal. Ini adalah pertama kalinya sistem seperti itu digunakan, dan dapat mengirim sinyal otak dengan resolusi neuron tunggal. 

Penelitian ini diterbitkan di IEEE Transactions on Biomedical Engineering bulan lalu. 

Sistem ini juga mengirim sinyal dalam keaslian penuh dan tidak memerlukan koneksi fisik antara pengguna dan sistem dekoding. Sebagai gantinya, sistem ini menggunakan transmitter 2 inci yang beratnya hanya 1,5 ons. Unit ini ditempatkan di atas kepala pengguna dan terhubung ke array elektroda yang berada di korteks motor otak, dan ini dilakukan melalui port yang sama yang digunakan oleh sistem kabel. 

Studi ini melibatkan dua peserta uji klinis yang memiliki kelumpuhan, dan mereka menggunakan sistem BrainGate dengan transmitter nirkabel. Melalui transmitter nirkabel, mereka dapat menunjuk, mengklik, dan mengetik pada komputer tablet standar. 

Studi ini menunjukkan bahwa sistem nirkabel dapat mengirim sinyal dengan keaslian yang sama seperti sistem kabel.

John Simeral adalah asisten profesor teknik di Universitas Brown. Ia adalah penulis utama studi dan anggota konsorsium penelitian BrainGate. 

“Kami telah menunjukkan bahwa sistem nirkabel ini fungsional setara dengan sistem kabel yang telah menjadi standar emas dalam kinerja BCI selama bertahun-tahun,” kata Simeral. “Sinyal-sinyal ini direkam dan dikirim dengan keaslian yang sama, yang berarti kita dapat menggunakan algoritma dekoding yang sama yang kita gunakan dengan peralatan kabel. Perbedaan satu-satunya adalah bahwa orang tidak perlu lagi terhubung secara fisik ke peralatan kami, yang membuka kemungkinan baru dalam hal bagaimana sistem dapat digunakan.”

Menurut peneliti, terobosan baru ini membawa kita lebih dekat ke sistem intrakortikal yang dapat dipasang sepenuhnya yang dapat memberikan individu yang cedera kemampuan untuk bergerak kembali. Pengembangan baru ini adalah perangkat pertama yang mengirim spektrum penuh sinyal yang direkam oleh sensor intrakortikal. 

Hasil Studi

Uji coba melibatkan seorang pria berusia 35 tahun dan seorang pria berusia 63 tahun yang keduanya menderita cedera sumsum tulang belakang. Mereka dapat menggunakan sistem ini di rumah daripada di laboratorium karena tidak adanya kabel, dan mereka juga dapat menggunakannya selama 24 jam. Periode waktu yang lama ini memungkinkan peneliti untuk mengumpulkan data jangka panjang. 

Leigh Hochberg adalah profesor teknik di Universitas Brown dan peneliti di Institut Sains Otak Carney Universitas Brown. Hochberg memimpin uji coba klinis BrainGate. 

“Kami ingin memahami bagaimana sinyal neural berkembang seiring waktu,” kata Hochberg. “Dengan sistem ini, kami dapat melihat aktivitas otak, di rumah, selama periode waktu yang lama dengan cara yang hampir tidak mungkin sebelumnya. Ini akan membantu kami untuk merancang algoritma dekoding yang menyediakan untuk pemulihan komunikasi dan mobilitas yang mulus, intuitif, dan andal bagi orang-orang dengan kelumpuhan.”

Konsorsium BrainGate

Konsorsium BrainGate adalah kelompok peneliti multidisiplin dari Universitas Brown, Universitas Stanford, dan Universitas Case Western Reserve. Ini juga melibatkan individu dari Pusat Medis Veterans Affairs Providence dan Rumah Sakit Umum Massachusetts. 

Tim ini menerbitkan penelitian pada tahun 2012 yang menunjukkan bagaimana peserta uji klinis dapat mengoperasikan prostetik robot multidimensi menggunakan BCI untuk pertama kalinya. Sejak itu, kelompok ini terus memperbaiki sistem dan mencapai terobosan baru. 

Sharlene Flesher adalah co-penulis dan mantan fellow postdoktor di Stanford. Flesher sekarang bekerja sebagai insinyur perangkat keras di Apple. 

“Evolusi BCI intrakortikal dari memerlukan kabel ke menggunakan transmitter nirkabel miniatur adalah langkah besar menuju penggunaan fungsional antarmuka neural yang terpasang sepenuhnya dan berkinerja tinggi,” kata Flesher. “Ketika bidang ini menuju pengurangan bandwidth yang dikirim sambil mempertahankan akurasi kontrol perangkat bantu, studi ini mungkin salah satu dari sedikit yang menangkap spektrum penuh sinyal kortikal untuk periode waktu yang lama, termasuk selama penggunaan BCI praktis.” 

Tim BrainGate dapat terus bekerja melalui pandemi COVID-19 karena perangkat ini nirkabel dan dapat digunakan di rumah tanpa teknisi. 

Hochberg juga adalah seorang dokter saraf di Rumah Sakit Umum Massachusetts dan direktur Pusat Pengembangan dan Penelitian Rehabilitasi Neurologi V.A. 

“Pada Maret 2020, menjadi jelas bahwa kami tidak akan dapat mengunjungi rumah peserta penelitian kami,” kata Hochberg. “Tapi dengan melatih perawat bagaimana menghubungkan koneksi nirkabel, seorang peserta uji coba dapat menggunakan BCI tanpa anggota tim kami secara fisik hadir. Jadi tidak hanya kami dapat terus melakukan penelitian, teknologi ini juga memungkinkan kami untuk terus dengan bandwidth dan keaslian penuh yang kami miliki sebelumnya.”

Menurut Simeral, “Beberapa perusahaan telah dengan baik memasuki bidang BCI, dan beberapa telah menunjukkan penggunaan sistem nirkabel berbandwidth rendah, termasuk beberapa yang terpasang sepenuhnya. Dalam laporan ini, kami senang telah menggunakan sistem nirkabel berbandwidth tinggi yang meningkatkan kemampuan ilmiah dan klinis untuk sistem masa depan.”