Sebuah perangkat berukuran kecil yang berfungsi sebagai penstimulasi otak telah dikembangkan oleh para peneliti di UC Berkeley yang dapat menyimak dan sekaligus merangsang arus listrik di otak, sehingga berpotensi dalam memberikan perawatan yang dapat menyesuaikan untuk pasien dengan berbagai penyakit saraf seperti epilepsi dan Parkinson.
Perangkat ini dinamai sebagai WAND. Cara kerjanya diibaratkan seperti ‘alat pacu jantung’ namun untuk otak, memonitor aktivitas listrik otak dan memberikan stimulasi listrik yang sesuai jika mendeteksi sesuatu kesalahan.
Alat ini bisa sangat efektif untuk mencegah tremor atau kejang yang membuat tidak berdaya pada pasien dengan berbagai kondisi neurologisnya. Tetapi sinyal listrik yang mendahului kejang atau tremor adalah sangat halus. Frekuensi dan kekuatan stimulasi listrik yang diperlukan untuk mencegahnya sama-sama sensitif. Dibutuhkan bertahun-tahun penyesuaian kecil oleh para dokter sebelum perangkat layak memberikan perawatan yang optimal.
WAND, yang merupakan singkatan dari wireless artifact-free neuromodulation device, adalah nirkabel dan otonom, yang berarti bahwa setelah dilakukan pemelajaran terhadap perangkat – pemelajaran mesin – ia dapat mengenali tanda-tanda tremor atau kejang. Dengan demikian alat tersebut dapat menyesuaikan parameter stimulasi yang sesuai kebutuhan untuk mencegah gerakan yang tidak diinginkan. Dan karena sistemnya berupa kontrol loop tertutup – artinya dapat menstimulasi dan merekam secara bersamaan – ia dapat menyesuaikan parameternya secara real-time.
WAND dapat merekam aktivitas listrik pada 128 saluran, atau dari 128 titik di otak, dibandingkan dengan delapan saluran pada sistem loop tertutup lainnya. Untuk mendemonstrasikan perangkatnya, tim menggunakan WAND untuk mengenali dan menunda gerakan lengan tertentu pada seekor kera rhesus. Perangkat ini dijelaskan dalam sebuah penelitian yang dipublikasikan di Nature Biomedical Engineering.
Saat ini, stimulator otak akan berhenti merekam saat memberikan stimulasi listrik, atau merekam di bagian otak yang berbeda dari tempat stimulasi yang diterapkan – pada dasarnya mengukur riak kecil dari percikan pada titik yang berbeda pada sebuah kolam.
“Untuk memberikan terapi berbasis stimulasi loop tertutup, yang merupakan tujuan besar bagi orang yang melakukan perawatan Parkinson, epilepsi dan berbagai gangguan neurologis lainnya, sangat penting untuk melakukan perekaman dan menstimulasi saraf secara bersamaan, yang saat ini tidak ada perangkat komersial secara tunggal – perlu disokong perangkat lainnya,” kata Samantha Santacruz, dari University of Texas di Austin.
Para peneliti di Cortera Neurotechnologies, Inc., yang dipimpin oleh Rikky Muller, merancang Integrated Circuit (IC) khusus untuk WAND, yang dapat merekam sinyal secara penuh baik dari gelombang halus otak maupun pulsa listrik yang kuat. Desain chip ini memungkinkan WAND untuk mengurangi sinyal dari pulsa listrik, menghasilkan sinyal yang bersih dari gelombang otak.
Perangkat yang telah ada, dirancang untuk merekam sinyal hanya dari gelombang otak yang lebih kecil dan kewalahan oleh pulsa stimulasi yang besar, membuat jenis rekonstruksi sinyal ini menjadi tidak mungkin.
“Karena kita hanya dapat menstimulasi dan merekam di wilayah otak yang sama, kita tahu persis apa yang terjadi ketika kita memberikan terapi,” kata Muller.
Bekerja sama dengan lab teknik elektro dan profesor ilmu komputer Jan Rabaey, tim membangun sebuah perangkat platform dengan kemampuan komputasi nirkabel dan loop tertutup yang dapat diprogram untuk digunakan dalam berbagai aplikasi penelitian dan klinis.
Dalam eksperimen yang dipimpin oleh Santacruz, dan oleh profesor ilmu komputer Jose Carmena, subjek diajarkan untuk menggunakan sebuah joystick untuk memindahkan kursor menuju lokasi tertentu. Setelah periode pelatihan, perangkat WAND mampu mendeteksi ciri khas saraf yang muncul saat subjek bersiap untuk melakukan gerakan, dan kemudian memberikan stimulasi listrik yang menunda gerakan tersebut.
“Sementara penundaan waktu reaksi adalah sesuatu yang telah ditunjukkan sebelumnya, ini adalah, untuk pengetahuan kita, pertama kali bahwa itu telah ditunjukkan dalam sistem loop tertutup berdasarkan pada rekaman neurologis saja,” kata Muller.
“Di masa depan kami bertujuan untuk memasukkan pemelajaran ke dalam platform loop tertutup kami untuk membangun perangkat cerdas yang dapat menemukan cara terbaik untuk merawat Anda, dan menghilangkan dokter dari keharusan untuk terus-menerus campur tangan dalam proses ini,” kata Muller.
