BRAIN GATE

Apa itu BraindGate/Brain Computer Interface

1.      Pengenalan BrainGate

                  Apa itu BrainGate/Brain-Computer Interface yaitu sebuah teknologi yang sedang diteliti oleh  tim yang dinamai BrainGate dari Brown University yang rencananya akan mengkolaborasikan antara otak manusia dengan  komputer dengan begitu harapannya para penderita lumpuh bisa menggunakan komputer serta melakukan aktivitas seperti menyalakan tv,lampu,dan lain-lain hanya dengan menggunakan pikirannya dan perlu kita ketahui otak manusia memiliki sel-sel saraf yang berjumlah hampir mendekati angka 10 miliar dan memiliki sekitar 120 triliun sambungan hal-hal ini yang menyebabkan terjadinya hubungan diantara sel-sel dan menghasilkan keselarasan di dalam otak.

          Teknologi BrainGate/Brain-Computer Interface sebenarnya telah diperkenalkan sejak lama yaitu dengan menghubungkan otak pasien ke sebuah komputer.dan pada pasien pertamanya yang bernama Matthew Nagle telah berhasil  menunjukkan bahwa pasien dapat membuka e-mail,mengganti saluran TV,menyalakan lampu,dan memainkan video game hanya dengan memikirkannya saja.

Para peneliti menanamkan alat dibawah tengkorak ,di lapisan kulit luar. Alat tersebut terdiri dari chip komputer berukuran 2 x 2 mm yang berisi 100 elektroda. Para ahli bedah menempelkan susunan elektroda pada saraf di lapisan kulit luar otak Nagle,sedikit di atas telinga kanan. Susunan elektroda diikat dengan seutas benang ke sebuah plug yang menonjol di atas kepala Pasien.Teknologi ini pun juga dilengkapi dengan tangan robot yang fungsinya menerjemahkan sinyal komputer dari chip yang ditanamkan pada otak pasien agar tangan robot itu dapat bergerak sesuai perintah.

       Tujuan jangka panjang dari tim penelitian BrainGate adalah membuat sistem itu, secara harfiah pemikiran ke dalam aksi – dan berguna untuk orang-orang dengan penyakit neurologis, cedera atau lumpuh. Saat ini, sistem terdiri dari "sensor" (perangkat yang ditanamkan dalam otak yang mencatat sinyal yang berhubungan langsung dengan ekstremitas membayangkan gerakan); "decoder" komputer dan perangkat lunak tertanam yang mengubah sinyal otak yang menjadi perintah yang berguna untuk perangkat eksternal.

2.      Konsep BrainGate

a.       Tujuan utama BrainGate

Tujuan utama BrainGate yaitu memudahkan para penyandang cacat tubuh agar dapat melakukan aktivitas seperti manusia normal lainnya,namun penelitian ini dikembangkan lagi dan rencananya pengguna dapat berselancar di internet serta memasuki dunia virtual seperti di dalam film atau animasi yang rencanannya dapat terealisasikan pada tahun 2020.

b.      Cara kerja BrainGate

BrainGate adalah chip elektroda yang dapat diimplementasikan di otak. Ketika dilaksanakan di otak, sinyal listrik yang ditukar dengan neuron dalam otak.Sinyal dikirim ke otak dan mengeksekusi gerakan tubuh. Semua proses signaling ditangani oleh software khusus. Mengirimkan sinyal ke komputer dan kemudian komputer dikendalikan oleh pasien.

Gambar 2.b Sistem kerja pada BrainGate

c.       Sejarah BrainGate

Penelitian BCIs telah berlangsung selama lebih dari 30 tahun, tetapi dari pertengahan 1990-an telah ada peningkatan dramatis dalam bekerja eksperimental implan.BrainGate ini dikembangkan oleh perusahaan bio-tech Cyberkinetics pada tahun 2003 digabungkan dengan Departemen Neuroscience di Brown University

Pada percobaan awalnya Braingate menggunakan tikus dengan dipasangi BCI atau Brain-Computer Interface Sinyal direkam dari korteks serebral tikus untuk mengoperasikan BCI dan untuk melakukan gerakan.lalu menggunakan monyet sebagi percobaan dan menunjukkan bahwa monyet dapat menggerakkan tangan robot dengan menggunakan sinyal otaknya.

Pada tanggal 7 Desember 2004, antarmuka BrainGate telah diuji secara klinis pada manusia oleh perusahaan Amerika Cyberkinetics. Laporan  menjelaskan peserta pertama dalam percobaan ini, seorang pria berusia 25 tahun yang telah mengalami cedera saraf tulang belakang yang menyebabkan kelumpuhan pada empat kaki tiga tahun studi. Selama periode sembilan bulan, ia mengambil bagian dalam sesi 57 selama sensor otak gerbang ditanamkan tercatat aktivitas dalam korteks motorik nya sementara dia membayangkan bergerak tubuhnya yang lumpuh dan kemudian digunakan yang membayangkan gerakan untuk beberapa tugas yang berbasis komputer seperti, menggerakkan kursor komputer untuk membuka e-mail simulasi, menggambar bentuk melingkar dan bermain video game sederhana.

3.      Pengenalan Perangkat BrainGate

Perangkat-perangkat yang ada pada Brain Computer Interface  :

a.       Elektroda

                Elektroda adalah dua kutub yang berhubugan dengan listrik positif dan negative (anoda dan katoda). 

Gambar 3.a Elektroda

b.       Wireless, Ultra Low Power, Broadband Neural Recording Microsystem

Mikroelektronika perangkat untuk transmisi kortikal sinyal transcutaneously. Perangkat bertujuan interfacing array microelectrode kortikal ke komputer eksternal untuk aplikasi kontrol saraf. Microsystem implan  memungkinkan saat ini 16-channel broadband rekaman saraf di otak primata non-manusia dengan mengkonversi sinyal-sinyal digital aliran infra merah untuk transmisi melalui kulit. 

Unit implan mempekerjakan substrat polimer fleksibel ke mana kita telah terintegrasi amplifikasi daya ultra rendah dengan analog multiplexing, Konverter analog-ke-digital, daya rendah chip digital controller dan telemetri inframerah. Microsystem 16-channel scalable dapat menggunakan salah satu beberapa modalitas pasokan listrik, termasuk melalui frekuensi radio oleh induksi, atau cahaya inframerah melalui Konverter fotovoltaik. Hari ini, implan telah diuji sebagai unit sub kronis pada primata non-manusia  1 bulan, menghasilkan spike kuat dan broadband saraf data pada semua saluran yang tersedia.

c.       Konverter

Fungsi Konverter yaitu mengirim Sinyal ke penguat di kotak dipasang di kursi roda pengguna, di mana itu dikonversi menjadi data optik dan terpental oleh serat-optik kabel ke komputer.

d.      Komputer

Komputer menerjemahkan aktivitas otak dan menciptakan output komunikasi menggunakan software decoding kustom.

e.       NeuroChip

            4-milimeter chip silikon persegi bertatahkan micro electrodes 100 rambut tipis tertanam dalam korteks motor utama wilayah otak yang bertanggung jawab untuk mengendalikan gerakan

f.      Konektor

 Yaitu sebuah konektor yang melekat kuat ke tengkorak pasien dan melewati sinyal yang diterima oleh chip untuk konverter.Agar penggunanya bisa dengan mudah mengontrol kursor komputer,dan pasien dapat mengakses informasi internet, hiburan TV, lampu kontrol dan peralatan - hanya dengan pikiran mereka. Dan teknologi ini juga mengalami kemajuan yang pesat, peneliti percaya bisa mengaktifkan sinyal otak untuk memotong jaringan saraf yang rusak dan mengembalikan mobilitas ke kaki lumpuh. "Misi dari BrainGate adalah untuk mengembangkan cepat, handal, dan tidak mengganggu hubungan antara otak seseorang sangat cacat dan komputer pribadi" kata Presiden Cyberkinetics Tim Surgenor. BrainGate mungkin terdengar seperti fiksi ilmiah, tetapi tidak. Perangkat ini lebih kecil dari uang receh dan berisi 100 kabel kecil dari rambut manusia yang terhubung dengan bagian otak yang mengontrol aktivitas motorik. kabel mendeteksi ketika neuron Terdeteksi dan mengirimkan sinyal tersebut melalui konektor kecil dipasang di tengkorak ke komputer.

4.      Software yang ada di brainGate :

a.       EEP H11 SERVER

b.      ABI LEARNING PROGRAME

c.       ABI ONLINE PROGRAME

d.      ABI VISUALIZATION PROGRAME

5.      Data dan Informasi

a.       Bagaimana Informasi bisa terkirim dari otak menuju ke komputer lalu komputer menerjemahkannya?

v  Ketika seseorang membayangkan sesuatu maka neuron otomatis mengirimkan sinyal informasi yang berbeda melalui setiap bagian dari tubuh maka perbedaan potensial dibuat di otak.

v  Perbedaan potensial ini ditangkap oleh elektroda dan ditularkan melalui serat optik ke Digitizer (prosesor eksternal).

v  Digitizer mengubah sinyal ke dalam angka 0 dan 1 mengirimkan angka-angka itu ke komputer.

v  Dengan demikian sebuah jalan baru untuk propagasi otak perintah dari otak ke komputer melalui Brain Gate diciptakan.Ketika perangkat eksternal yang terhubung ke komputer menerima perintah tersebut maka mereka bekerja sesuai dengan pemikiran yang diproduksi di korteks motorik.

b.       Cara Kerja BCI (Brain Computer Interface)

BrainGate adalah chip elektroda yang dapat diimplementasikan di otak. Ketika dilaksanakan di otak, sinyal listrik yang ditukar dengan neuron dalam otak.Sinyal dikirim ke otak dan mengeksekusi gerakan tubuh. Semua proses signaling ditangani oleh software khusus. Mengirimkan sinyal ke komputer dan kemudian komputer dikendalikan oleh pasien.

c.      Aplikasi yang ditawarkan BrainGate

Brain-Computer Interface (BCI) adalah sistem yang memperoleh dan menganalisa sinyal saraf dengan tujuan menciptakan saluran komunikasi langsung antara otak dan komputer. Seperti saluran berpotensi memiliki beberapa kegunaan. Arus dan aplikasi yang paling penting dari sebuah BCI adalah pemulihan saluran komunikasi untuk pasien dengan sindrom terkunci

Ø  Pasien dengan kondisi yang menyebabkan gangguan komunikasi yang parah:

a.       Advanced Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS)

b.      autisme

c.       cerebral palsy

d.      Trauma Kepala

e.       Cedera tulang belakang

Sinyal output dievaluasi untuk tujuan yang berbeda seperti kontrol kursor, pemilihan huruf atau kata-kata.

Ø  Penggunaan pada bidang militer: Angkatan Udara yang tertarik menggunakan tubuh otak control ditekan untuk membuat respon yang lebih cepat memungkinkan pilot pesawat tempur. Sementara otak-tubuh digerakkan kontrol dengan BCI, hal itu mungkin tetap memberikan motivasi mengapa BCI yang bisa membuktikan berguna dalam kombinasi future.EEG dan artefak (gerakan mata, gerakan tubuh, dll) bergabung untuk menciptakan sinyal yang dapat digunakan untuk menerbangkan pesawat virtual.

Ø  Aplikasi bioteknologi:

Membantu perangkat bagi penyandang cacat. Pengendalian bantu palsu.

Ø  Pengendalian Otak diaplikasikan ke kursi roda.

Ø  Multimedia & Virtual Reality:

1.      Keyboard Virtual

2.      Memanipulasi perangkat seperti televisi, radio, dll

3.      Kemampuan untuk mengontrol video game dan memiliki video game yang bereaksi terhadap sinyal EEG yang sebenarnya.

1.      sebenarnya.

d.       EEG (Electro Encephalo Graph) :

Electroencephalography (EEG) adalah potensi antarmuka non-invasif yang paling banyak dipelajari, terutama karena resolusi temporal halus, kemudahan penggunaan, portabilitas dan biaya set-up rendah.Tapi serta kerentanan teknologi terhadap suara, penghalang besar lain untuk menggunakan EEG sebagai antarmuka komputer otak-adalah pelatihan yang ekstensif diperlukan sebelum pengguna dapat bekerja teknologi. Sebagai contoh, dalam percobaan dimulai pada pertengahan 1990-an, Niels Birbaumer di University of Tübingen di Jerman dilatih sangat melumpuhkan orang untuk mengatur diri sendiri potensi kortikal lambat dalam EEG mereka sedemikian rupa sehingga sinyal-sinyal ini dapat digunakan sebagai sinyal biner untuk mengendalikan kursor komputer. [32] (epilepsi dilatih sebelumnya Birbaumer untuk mencegah akan datang ini cocok dengan mengendalikan gelombang tegangan rendah.) percobaan melihat sepuluh pasien dilatih untuk memindahkan kursor komputer dengan mengendalikan gelombang otak mereka. Proses lambat, membutuhkan lebih dari satu jam untuk pasien untuk menulis 100 karakter dengan kursor, sedangkan pelatihan sering mengambil berbulan-bulan. Penelitian lain adalah jenis kegiatan osilasi yang diukur. Kemudian penelitian Birbaumer dengan Jonathan Wolpaw di New York State University telah berfokus pada pengembangan teknologi yang akan memungkinkan pengguna untuk memilih sinyal otak mereka menemukan termudah untuk mengoperasikan BCI, termasuk mu dan beta irama. Parameter selanjutnya adalah metode umpan balik digunakan dan ini ditunjukkan dalam studi P300 sinyal. Pola gelombang P300 dihasilkan tanpa sadar (stimulus-umpan balik) ketika orang melihat sesuatu mereka mengakui dan memungkinkan untuk memecahkan kode BCIs kategori pikiran pasien tanpa pelatihan terlebih dahulu. Sebaliknya, metode biofeedback yang dijelaskan di atas memerlukan belajar mengendalikan gelombang otak sehingga aktivitas otak yang dihasilkan dapat dideteksi. 19 EIET

Sementara antarmuka otak-komputer berbasis EEG telah ditempuh secara ekstensif oleh sejumlah laboratorium penelitian, kemajuan terbaru yang dibuat oleh Bin Dia dan timnya di University of Minnesota menunjukkan potensi antarmuka otak-komputer berbasis EEG untuk menyelesaikan tugas-tugas dekat untuk invasif antarmuka otak-komputer.

e.      Keuntungan

Sistem BrainGate didasarkan pada dunia maya platform teknologi kinetika untuk merasakan, mengirimkan menganalisa dan menerapkan bahasa neuron. Brain Computer Interface sedang dirancang untuk memungkinkan antarmuka dengan komputer dan / atau bahkan lebih cepat dari, apa yang mungkin dengan tangan seseorang. BrainGate Sistem dapat menawarkan peningkatan yang substansial atas teknologi yang ada. Saat ini perangkat bantu yang tersedia memiliki keterbatasan yang signifikan untuk kedua pers dan pengasuh. Misalnya, bahkan switch sederhana harus disesuaikan sering yang bisa memakan waktu. Selain itu, perangkat ini sering menonjol dan pengguna untuk dapat menggunakan secara bersamaan perangkat dan pada waktu kontak yang sama atau melakukan percakapan dengan orang lain. Potensi keuntungan dari Gate Sistem Brain atas pendekatan otot didorong atau komputer otak antarmuka lain meliputi:

Ø  potensi untuk antarmuka dengan menghitung minggu atau bulan pelatihan; potensinya untuk digunakan dalam lingkungan pengguna kemampuan interaktif untuk mengoperasikan perangkat tidak terpengaruh oleh ucapan mereka.

Ø  Gerakan mata.

Ø  Kemampuan untuk memberikan secara signifikan lebih manfaat dan utilitas dari pendekatan lain dengan menghubungkan langsung ke bagian otak yang mengontrol gerakan tangan.