Technology, Computer, Computer Monitor, Cloud Computing, Human Brain

Menuju sistem antarmuka otak-komputer generasi berikutnya

Brain-computer interfaces (BCI) adalah alat bantu baru yang suatu hari nanti dapat membantu orang dengan cedera otak atau sumsum tulang belakang bergerak atau berkomunikasi. Sistem BCI mengandalkan sensor implan untuk merekam sinyal listrik di otak dan menggunakan sinyal tersebut untuk mengontrol perangkat eksternal seperti komputer atau prostesis robot.

Sebagian besar sistem BCI modern menggunakan satu atau dua sensor untuk memilih hingga beberapa ratus neuron, tetapi ahli saraf tertarik pada sistem yang dapat mengumpulkan data dari kelompok sel otak yang jauh lebih besar.

Sekarang tim peneliti telah mengambil langkah kunci menuju konsep baru untuk sistem BCI masa depan – yang menggunakan jaringan terkoordinasi sensor saraf nirkabel skala mikro independen, masing-masing seukuran sebutir garam, untuk mendaftar dan merangsang. aktivitas otak. Sensor, dijuluki “neurograin,” secara independen merekam impuls listrik yang dihasilkan oleh neuron yang ditembakkan dan mengirim sinyal secara nirkabel ke hub pusat yang mengoordinasikan dan memproses sinyal.

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan 12 Agustus di Nature Electronics, tim peneliti mendemonstrasikan penggunaan hampir 50 neurobeads otonom ini untuk merekam aktivitas saraf pada hewan pengerat.

Temuan ini merupakan langkah menuju penciptaan sistem yang suatu hari nanti dapat merekam sinyal otak dengan detail yang belum pernah terjadi sebelumnya, kata para peneliti, yang mengarah pada pemahaman baru tentang cara kerja otak dan perawatan baru untuk orang dengan cedera otak atau sumsum tulang belakang.

“Salah satu tantangan besar dalam antarmuka otak-komputer adalah mengembangkan cara untuk mengeksplorasi sebanyak mungkin titik di otak,” kata Arto Nurmicko, profesor di Brown’s School of Engineering dan penulis senior studi tersebut. “Sampai sekarang, sebagian besar BCI adalah perangkat monolitik – sedikit seperti tempat tidur jarum kecil. Ide tim kami adalah memecah monolit ini menjadi sensor kecil yang dapat didistribusikan ke seluruh korteks serebral. Inilah yang bisa kami tunjukkan di sini.”

Baca Juga :  Gelombang memori di otak tikus juga dapat menurunkan kadar gula darah.

Tim, yang terdiri dari para ahli dari Brown, Baylor University, UC San Diego dan Qualcomm, mulai mengembangkan sistem sekitar empat tahun lalu. Masalahnya ada dua, menurut Nurmikko, yang berafiliasi dengan Carney Brown Institute for Brain Research. Bagian pertama membutuhkan pengurangan elektronik kompleks yang terlibat dalam mendeteksi, memperkuat, dan mentransmisikan sinyal saraf ke dalam chip neurograin silikon kecil. Tim pertama kali merancang dan memodelkan elektronik di komputer dan melalui beberapa iterasi manufaktur untuk mengembangkan chip yang berfungsi.

Tantangan kedua adalah merancang simpul komunikasi tubuh-ke-tubuh yang menerima sinyal dari sirkuit mikro kecil ini. Alat itu berupa tambalan tipis, seukuran sidik jari, yang menempel di kulit kepala di luar tengkorak. Ia bekerja seperti menara ponsel mini, menggunakan protokol jaringan untuk mengoordinasikan sinyal dari neurobeads, masing-masing dengan alamat jaringannya sendiri. Patch juga menyediakan daya nirkabel ke manik-manik saraf, yang dirancang untuk beroperasi dengan konsumsi daya minimal.

“Pekerjaan ini merupakan tantangan multidisiplin yang nyata,” kata Jihun Li, asisten peneliti Brown dan penulis utama studi tersebut. “Kami harus menggabungkan keahlian dalam elektromagnetisme, komunikasi RF, desain sirkuit, fabrikasi, dan ilmu saraf untuk mengembangkan dan mengoperasikan sistem neurograin.”

Tujuan dari studi baru ini adalah untuk menunjukkan bahwa sistem dapat merekam sinyal saraf dari otak yang hidup – dalam hal ini, otak hewan pengerat. Tim menempatkan 48 neurosens di korteks serebral hewan, lapisan terluar otak, dan berhasil merekam sinyal saraf karakteristik yang terkait dengan aktivitas otak spontan.

Tim juga menguji kemampuan perangkat untuk merangsang otak serta menulis data darinya. Stimulasi dilakukan oleh impuls listrik kecil yang dapat mengaktifkan aktivitas saraf. Para peneliti berharap bahwa stimulasi dikendalikan oleh pusat yang sama yang mengoordinasikan perekaman saraf dan suatu hari nanti dapat memulihkan fungsi otak yang hilang karena sakit atau cedera.

Baca Juga :  Studi Menunjukkan Pandemi COVID-19 Terkait dengan Peningkatan Agressif Pasangan Intim

Ukuran otak hewan membatasi tim hingga 48 neurogranul untuk penelitian ini, tetapi data menunjukkan konfigurasi sistem saat ini dapat mendukung hingga 770. Pada akhirnya, tim membayangkan penskalaan hingga ribuan neurogenerin, memberikan gambaran aktivitas otak yang saat ini tidak dapat dicapai.

“Ini bukan tugas yang mudah karena sistem memerlukan transmisi nirkabel secara simultan untuk daya dan jaringan pada megabit per detik, dan ini harus dilakukan di wilayah silikon yang sangat ketat dan batasan daya,” kata Vincent Lyng, associate. Profesor di Departemen Teknik Elektro dan Komputer di Baylor. “Tim kami telah mendorong batas untuk implan saraf terdistribusi.”

Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan untuk membuat sistem yang lengkap ini menjadi kenyataan, tetapi para peneliti mengatakan penelitian ini merupakan langkah kunci ke arah itu.

“Kami berharap pada akhirnya kami dapat mengembangkan sistem yang akan memberikan pengetahuan ilmiah baru tentang otak dan terapi baru yang dapat membantu orang yang terkena trauma yang menghancurkan,” kata Nurmikko.

Sumber

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *