Kehilangan suara atau kemampuan untuk mengetik pesan sederhana dapat berarti lebih dari sekadar keterbatasan fisik bagi seseorang yang menderita kelumpuhan parah : itu berarti melihat otonomi, hubungan, dan, sebagian besar, rencana hidup mereka sendiri berkurang. Dalam beberapa tahun terakhir, neuroteknologi telah berfokus pada masalah ini, mencari cara agar individu-individu ini dapat berkomunikasi kembali tanpa bergantung pada sistem yang lambat dan melelahkan.
Dalam konteks ini, sebuah tim peneliti AS telah berhasil menguji antarmuka otak-komputer yang dapat ditanamkan dan mampu mengubah gerakan jari menjadi teks pada keyboard virtual. Perangkat tersebut, yang masih dalam tahap eksperimental, telah diuji pada dua orang dengan kelumpuhan hampir total dan telah mencapai kecepatan dan tingkat akurasi mengetik yang mendekati kecepatan dan akurasi orang tanpa gangguan motorik.
Neuroprostesis yang menerjemahkan upaya pengetikan menjadi huruf.
Karya ini ditulis oleh para ilmuwan dari Mass General Brigham Neuroscience Institute di Boston dan Brown University , yang telah berkolaborasi selama bertahun-tahun dalam konsorsium BrainGate, sebuah inisiatif yang berfokus pada pengembangan antarmuka otak-komputer untuk orang-orang dengan kelumpuhan . Studi baru ini, yang diterbitkan dalam jurnal ilmiah Nature Neuroscience, menjelaskan neuroprostesis penulisan yang tidak menggerakkan kursor, melainkan menggunakan keyboard QWERTY konvensional sebagai titik awal.
Untuk mencapai hal ini, para peneliti menanamkan sensor mikroelektroda di korteks motorik , yaitu wilayah otak yang terlibat dalam mengendalikan gerakan tangan dan jari secara sukarela. Mikroelektroda ini mendeteksi aktivitas listrik yang terjadi ketika seseorang secara mental mencoba menggerakkan jari-jarinya untuk menekan tombol, meskipun tubuhnya tidak dapat melakukan gerakan tersebut karena cedera.
Peserta diperlihatkan papan ketik QWERTY standar beserta representasi skematis jari-jari. Setiap huruf dikaitkan dengan kombinasi posisi jari tertentu (misalnya, ke atas, ke bawah, atau ditekuk). Ketika pengguna membayangkan gerakan-gerakan ini, elektroda menangkap sinyal saraf dan mengirimkannya ke sistem komputer yang menerjemahkannya menjadi karakter teks.
Prosesnya tidak berhenti di situ: output dari dekoder kemudian melalui model bahasa prediktif , mirip dengan fitur koreksi otomatis pada ponsel, yang membantu mengoreksi kesalahan dan melengkapi kata-kata, sehingga kalimat akhir menjadi koheren dan sebisa mungkin sesuai dengan maksud pasien.
Dua pasien dengan kelumpuhan parah sebagai studi kasus.
Uji coba ini dilakukan dengan dua orang yang mengalami kelumpuhan tingkat lanjut : satu peserta dengan amyotrophic lateral sclerosis (ALS) tingkat lanjut dan satu lagi dengan cedera sumsum tulang belakang serviks yang menyebabkan tetraplegia. Keduanya merupakan bagian dari program klinis BrainGate dan menyetujui untuk menguji neuroprostesis penulisan baru tersebut.
Setelah operasi implantasi mikroelektroda, para sukarelawan menjalani pelatihan singkat dengan sistem tersebut. Sekitar 30 kalimat kalibrasi sudah cukup bagi perangkat lunak untuk menyesuaikan algoritma dekodingnya dengan sinyal saraf masing-masing orang. Dari situ, mereka diminta untuk mengetik pesan hanya dengan menggerakkan jari-jari mereka di atas keyboard virtual yang ditampilkan di layar.
Hasilnya sangat luar biasa dalam hal kecepatan dan akurasi. Salah satu peserta mencapai kecepatan tertinggi 110 karakter per menit , yang setara dengan sekitar 22 kata per menit, dengan tingkat kesalahan kata sebesar 1,6%. Tingkat kesalahan ini mirip dengan seseorang yang mengetik di keyboard fisik atau layar ponsel pintar.
Relawan kedua, yang menderita ALS stadium lanjut dan membutuhkan ventilasi mekanis, juga berhasil mengucapkan kalimat yang dapat dimengerti melalui sistem tersebut, meskipun dengan kecepatan yang sedikit lebih lambat. Dalam kasusnya, kemajuan ini sangat penting, karena ia telah kehilangan kemampuan berbicara sepenuhnya dan tidak dapat menggunakan teknologi bantu konvensional tanpa usaha yang sangat besar.
Aspek yang sangat penting dari uji coba ini adalah bahwa kedua pasien mampu menggunakan perangkat tersebut di rumah mereka sendiri , dan bukan hanya di lingkungan rumah sakit atau laboratorium. Hal ini menunjukkan bahwa, dengan pengembangan lebih lanjut, teknologi ini dapat diintegrasikan ke dalam sistem pendukung sehari-hari sehingga mereka yang mengalami kelumpuhan parah dapat berkomunikasi dari rumah dengan anggota keluarga, pengasuh, atau profesional perawatan kesehatan.
Mengapa antarmuka ini berbeda dari sistem yang ada saat ini?
Saat ini, banyak orang dengan kelumpuhan yang masih memiliki kendali mata mengandalkan perangkat pelacak mata . Sistem ini memungkinkan mereka untuk memilih huruf atau ikon dengan menggerakkan mata mereka di layar, tetapi, seperti yang dijelaskan oleh pasien sendiri, sistem ini lambat, melelahkan untuk digunakan, dan rentan terhadap kesalahan. Dalam banyak kasus, pengguna akhirnya meninggalkannya karena frustrasi yang ditimbulkannya.
Neuroprostesis BrainGate mengambil pendekatan yang berbeda: alih-alih melacak pandangan mata atau menggerakkan kursor dengan pikiran, ia berfokus pada penguraian gerakan jari pada keyboard yang familiar bagi hampir semua orang yang melek huruf. Strategi ini memiliki dua keunggulan yang jelas: pertama, memungkinkan pengguna untuk memanfaatkan memori motorik yang telah dikembangkan banyak orang selama bertahun-tahun menggunakan keyboard fisik; kedua, memfasilitasi kecepatan mengetik yang lebih cepat daripada sistem komunikasi augmentatif dan alternatif (AAC) lainnya.
Selain itu, penggunaan algoritma kecerdasan buatan, baik untuk mendekode sinyal saraf maupun untuk model bahasa, berkontribusi pada peningkatan akurasi tanpa memerlukan upaya kognitif yang berlebihan dari pengguna. Orang tersebut tidak perlu "memikirkan huruf-huruf individual," melainkan membayangkan menggerakkan jari-jari mereka seperti saat mereka benar-benar mengetik.
Menurut tim peneliti, kombinasi sensor implan, pemrosesan sinyal canggih, dan model bahasa ini menjadikan antarmuka otak-komputer sebagai alternatif yang semakin kuat dibandingkan solusi yang ada, setidaknya untuk kelompok pasien tertentu dengan kelumpuhan parah yang tidak mendapatkan respons yang memadai dari sistem konvensional.
Peran konsorsium BrainGate dan proyeksi masa depan
Pengembangan neuroprostesis ini merupakan bagian dari kerja sama konsorsium BrainGate , yang sejak tahun 2004 telah menyatukan ahli neurologi, ilmuwan saraf, insinyur, ilmuwan komputer, ahli bedah saraf, matematikawan, dan spesialis lainnya dari berbagai lembaga akademik. Tujuan bersama mereka adalah menciptakan teknologi yang memungkinkan penderita penyakit neurologis, cedera sumsum tulang belakang, atau amputasi untuk memulihkan fungsi yang hilang .
Selama dua dekade terakhir, BrainGate telah menunjukkan dalam uji coba terkontrol bahwa antarmuka otak-komputer dapat digunakan untuk mengontrol kursor, lengan robot, atau perangkat eksternal menggunakan aktivitas otak. Terobosan yang baru saja dipublikasikan ini secara khusus berfokus pada komunikasi tertulis, area kunci bagi mereka yang telah kehilangan kemampuan untuk berbicara dan kemampuan untuk menggunakan keyboard fisik.
Pihak yang bertanggung jawab atas uji coba tersebut menekankan bahwa teknologi ini masih dalam tahap penelitian. Isu-isu seperti daya tahan implan , stabilitas sinyal dari waktu ke waktu, potensi risiko yang terkait dengan operasi, kemudahan penggunaan sistem rumahan, dan kompatibilitasnya dengan pendanaan perawatan kesehatan, termasuk sistem Eropa, masih perlu diselesaikan.
Meskipun dengan tindakan pencegahan ini, tim tersebut percaya bahwa perangkat ini membuka jalan bagi industri untuk mengembangkan versi komersial neuroprostesis yang disesuaikan dengan pasien dengan berbagai jenis kelumpuhan dalam jangka menengah. Konsorsium tersebut menekankan bahwa kolaborasi antara pusat-pusat akademis dan perusahaan akan menjadi kunci untuk menerjemahkan hasil eksperimental ini menjadi solusi klinis nyata.
Relevansi bagi pasien di Eropa dan tantangan yang akan datang
Meskipun penelitian ini dilakukan di Amerika Serikat, dampaknya sangat relevan bagi penderita ALS, cedera tulang belakang, atau stroke di Eropa, termasuk Spanyol, di mana penuaan populasi dan peningkatan penyakit neurodegeneratif meningkatkan permintaan akan teknologi bantuan komunikasi dari tahun ke tahun.
Dalam sistem perawatan kesehatan seperti di Spanyol, dengan komponen publik yang kuat, jenis pengembangan ini biasanya dievaluasi tidak hanya berdasarkan kemanjuran klinisnya tetapi juga berdasarkan efektivitas biaya dan kemampuannya untuk diintegrasikan ke dalam rehabilitasi neurologis dan jaringan perawatan di rumah. Kemungkinan antarmuka otak-komputer berfungsi di lingkungan rumah mendukung adopsi di masa depan, asalkan peralatannya disederhanakan dan komponennya menjadi lebih terjangkau.
Ke depan, para peneliti mengusulkan beberapa cara untuk perbaikan. Salah satunya melibatkan pengenalan keyboard khusus atau sistem steganografi yang memungkinkan pengetikan lebih cepat; cara lain adalah memanfaatkan teknologi yang sama untuk mencoba memulihkan gerakan jangkauan dan genggaman pada orang dengan kelumpuhan anggota tubuh bagian atas, menggunakan pola aktivitas saraf yang telah diidentifikasi.
Ada juga wacana untuk menggabungkan antarmuka ini dengan alat pendukung lainnya, seperti pembaca layar, asisten suara, atau perangkat otomatisasi rumah, dengan tujuan menciptakan lingkungan hidup yang lebih mudah diakses bagi mereka yang bergantung pada kursi roda atau membutuhkan perawatan terus-menerus. Semua ini dipandu oleh prinsip yang sama: menghubungkan kembali otak seseorang dengan dunia di sekitarnya ketika tubuh mereka berhenti merespons.
Secara keseluruhan, uji klinis baru ini menunjukkan bahwa antarmuka otak-komputer yang dapat ditanamkan dapat memberikan orang dengan kelumpuhan parah suatu bentuk komunikasi tertulis yang cepat, akurat, dan cukup stabil untuk penggunaan sehari-hari, yang merupakan langkah penting menuju solusi yang tidak hanya memperpanjang hidup tetapi juga memungkinkan otonomi dan interaksi sosial yang lebih besar.