Implan Otak Memungkinkan Manusia Terkunci Untuk Menerjemahkan Pikiran Menjadi Kalimat Tertulis

Diterbitkan Ulang Oleh Plato

Followers: 0

ALS (amyotrophic lateral sclerosis) sangat kejam. Saat neuron yang mengontrol gerakan perlahan mati, Anda kehilangan kemampuan untuk berjalan, berbicara, dan bernapas. Pikiran Anda tetap tajam, tetapi Anda benar-benar terkunci, tanpa cara apa pun untuk berkomunikasi dengan dunia luar.

Itulah yang dialami pria berusia 37 tahun itu. Didiagnosis pada usia 30, hanya dalam 4 bulan ia kehilangan kemampuannya untuk berbicara dan berjalan. Dalam dua tahun, dia tidak bisa lagi menggerakkan matanya—satu-satunya cara berkomunikasi dengan istri dan putranya yang masih kecil. Bernapas melalui ventilator dan lumpuh total, dia terjebak di dalam pikirannya.

Bertekad untuk keluar dari penjara fisiknya, pria itu mendaftar untuk prosedur yang sangat eksperimental. Dua susunan mikroelektroda ditanamkan melalui pembedahan ke daerah otak yang mengontrol gerakan. Lebih dari 100 hari setelah operasi, dan setelah pelatihan ekstensif, pasien dapat menggunakan pikirannya untuk mengeja pikirannya dalam kalimat lengkap.

Permintaan pertamanya? Ubah posisi tubuhnya menjadi lebih nyaman. Nya berikutnya? “Saya ingin mendengarkan album dengan Alat Bantu [sebuah band] keras,” lalu “Sekarang bir.”

"Orang-orang benar-benar meragukan apakah ini layak," tersebut Dr. Mariska Vansteensel di University Medical Center Utrecht, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, untuk Ilmu.

Jika direplikasi, sistem ini berjanji untuk mengembalikan komunikasi ke ratusan ribu orang yang terkunci di dalam pikiran mereka, baik itu karena ALS, stroke, kanker, atau cedera otak traumatis. Untuk saat ini, metode tersebut masih jauh dari siap untuk digunakan secara klinis. Di samping pelatihan selama bertahun-tahun, prosedur ini sangat disesuaikan untuk setiap orang, dengan tagihan yang besar dan kuat setidaknya $500,000 selama dua tahun pertama.

Bidang ini juga terperosok dalam kontroversi, dengan dua penulis penelitian terlibat dalam skandal pelanggaran ilmiah untuk mereka pekerjaan sebelumnya pada pasien yang terkunci. Adapun pekerjaan baru, ahli implan otak Dr. Natalie Mrachacz-Kersting di Universitas Freiburg, yang tidak terlibat tetapi mengetahui sejarah mereka, mengatakan, “Saya akan mengatakan ini adalah studi yang solid. "

Pasien tidak peduli. “Pertama saya ingin mengucapkan terima kasih” Dr. Niels Birbaumer, penulis utama studi ini, berkata dalam hati. Setahun kemudian, “keinginan terbesar saya adalah tempat tidur baru dan besok saya datang dengan Anda untuk barbekyu,” katanya kepada keluarganya.

Jalan Panjang Disana

Operasi otak bukanlah pilihan pertama siapa pun.

Setelah diagnosisnya, pria itu memetakan rencana permainan yang akrab bagi keluarga mana pun yang berjuang melawan ALS. Di tengahnya ada alat pelacak mata yang bisa dia gunakan untuk mengeja pikirannya. Tetapi karena otot-otot di sekitar matanya berangsur-angsur melemah, dia tidak bisa lagi memperbaiki pandangannya, membuat pelacaknya tidak berguna. Keluarga tersebut kemudian mengembangkan sistem pena-dan-kertas mereka sendiri sehingga mereka dapat melacak pemikiran sederhana berdasarkan gerakan matanya. Itu belum sempurna: setiap gerakan mata yang dapat diamati dianggap sebagai "ya", jika tidak, mereka menganggap "tidak."

Menyadari dia akan segera kehilangan semua kontrol mata, pasien memulai perjalanannya untuk berkomunikasi melalui sinyal listrik otaknya saja. Dengan munculnya perangkat lunak yang semakin kuat dan implan otak biokompatibel, menghubungkan otak ke komputer—dan melewati kerusakan saraf—meledak menjadi strategi yang sangat kuat, jika masih eksperimental, untuk memerangi kelumpuhan.

Dimulai dengan pengaturan non-invasif, ia dilengkapi dengan elektroda di permukaan tengkoraknya untuk menangkap pola listrik otaknya yang luas. Karena tengkorak menyebarkan sinyal dan menimbulkan kebisingan, sistem juga mengukur sinyal listrik di seluruh mata sebagai sumber data yang terpisah. Dikembangkan oleh penulis studi Birbaumer dan kolaborator lamanya Dr. Ujwal Chaudhary, sistem bekerja pada biner "ya" atau "tidak."

Dalam setahun, komunikasi gagal sekali lagi. Mengantisipasi nasibnya untuk terkunci total, pria itu — setuju dengan istri dan saudara perempuannya — menghindari pandangan sama sekali. Sebagai gantinya, mereka memilih implan otak untuk secara langsung memanfaatkan sinyal sarafnya.

Jalan Panjang Masih

Pada Juni 2018, hanya tiga tahun setelah diagnosisnya, pria itu memiliki dua elektroda microarray yang ditanamkan ke korteks motoriknya. Setiap implan berisi 64 saluran untuk mendengarkan aktivitas otaknya sebagai cara untuk memecahkan kode dan berkomunikasi dengan dunia luar.

Ini bukan ide baru. Satu studi di 2016 menggunakan implan otak—total 16 elektroda—pada seorang wanita untuk mengontrol pengetikan dengan membayangkan gerakan di tangannya. Berbeda dengan pasien saat ini, dia masih mampu mengedipkan matanya, yang membuat kasusnya berbeda. “Kami benar-benar tidak tahu apakah komunikasi, bahkan dari sinyal otak, masih mungkin terjadi setelah semua kontrol otot gagal,” kata penulis penelitian.

Hampir seketika, mereka menabrak tembok. Sehari setelah implan, saat pasien masih bisa menggerakkan matanya, tim memintanya untuk mengandalkan strategi keluarga sebelumnya untuk berkomunikasi "ya" atau "tidak" sambil memantau sinyal otaknya. Sayangnya, sinyalnya terlalu lemah. Meminta pasien untuk membayangkan gerakan tangan, lidah, atau kaki—semua trik dari pekerjaan sebelumnya—juga gagal menghasilkan sinyal saraf yang mampu menguraikan niatnya.

Hampir tiga bulan kemudian membuat frustrasi, tim mengubah strategi mereka. Mereka memanfaatkan neurofeedback, sebuah metode yang memungkinkan seseorang untuk memodifikasi sinyal otak mereka dengan umpan balik real-time tentang apakah mereka telah berhasil. Kedengarannya seperti meditasi akademis-bertemu-zaman baru, dan ini agak tidak biasa sebagai paradigma pelatihan. Tapi umpan balik saraf sedang diuji sebagai metode pengendalian diri fungsi otak untuk berbagai gangguan, termasuk kecemasan, depresi, insomnia, kecanduan, dan lain-lain, dengan tingkat keberhasilan yang bervariasi.

Di sini, tim menggunakan neurofeedback pendengaran sebagai cara untuk mengukur respons saraf dengan lebih baik di dekat elektroda yang ditanamkan. Mereka pertama-tama memainkan nada, dan meminta pria itu untuk mencoba memanipulasi nada lebih tinggi atau lebih rendah dalam nada. Di bawah tenda, penembakan saraf pria itu melonjak lebih cepat atau lebih lambat tergantung pada nada, memberikan garis dasar yang kuat.

implan otak — *Gambar Kredit: Chaudhary dkk, Nature*

Strategi itu berhasil. Pasien mampu memindahkan nada nada pada percobaan pertama. Dalam waktu dua minggu dia bisa menyamai nada hanya dengan berkonsentrasi. Tes awal ini memungkinkan tim untuk memilih neuron yang sangat responsif, dan menggunakan data, mereka menyusun strategi sederhana: dengan menahan nada tinggi atau rendah, dia bisa menunjukkan "ya" atau "tidak" pada awalnya, dan kemudian, huruf individu. .

Jalan Panjang Di Depan

Pelatihan itu sulit. Pada setiap hari sesi, tim memulai dengan 10 menit rekaman baseline sementara pria itu beristirahat.

“Begitulah cara kami menjalankan program perangkat lunak kami untuk menentukan laju pengaktifan saluran individu yang berbeda” untuk melihat mana yang optimal untuk neurofeedback, para penulis menjelaskan. Secara keseluruhan, pria itu mencocokkan 80 persen umpan balik sebelum mereka melanjutkan ke sesi ejaan. Dalam tiga hari pertama, dia bisa mengeja namanya sendiri, nama istrinya, dan nama putranya.

Tapi itu masih tugas yang melelahkan: bahkan dengan pelatihan berbulan-bulan, dia bisa berkomunikasi sekitar satu karakter per menit, atau 131 karakter per hari. Dan itu hanya yang dimengerti. Sayangnya, bahkan dengan pelatihan tidak ada peningkatan kecepatan.

Namun dengan susah payah, pria itu mampu menjangkau tim perawatannya dan keluarganya. Satu pesan meminta untuk menopang kepalanya lebih tinggi ketika dia memiliki pengunjung. Yang lain tidak meminta kemeja, tetapi memakai kaus kaki untuk malam itu.

“Dia bahkan memberikan saran untuk meningkatkan kinerja ejaannya dengan mengeja 'aktifkan pengenalan kata',” kata penulis sekitar enam bulan setelah implan. Dalam satu tahun, dia berkata, “Anak-anak, ini bekerja dengan sangat mudah” kepada tim, dan meminta istrinya untuk makan malam yang enak “sup gulai dan sup kacang manis” di tabung makanannya.

Waktu, tragisnya, tidak berpihak padanya. Dalam tiga tahun sejak implannya, komunikasi melambat dan menjadi semakin penuh dengan kesalahan, sampai pada titik yang sama sekali tidak dapat dipahami.

Mengapa ini terjadi masih menjadi misteri, tetapi para ahli percaya itu mungkin karena jaringan parut terbentuk di sekitar elektroda, yang meredam sinyal otak. Meskipun penulis tidak melaporkan adanya peradangan atau infeksi di area implan, hal itu selalu berisiko.

Tetapi sebagai perintis, studi ini membuat sketsa awal baru bagi orang-orang yang terkunci. Ini adalah penghargaan tinggi dengan tanggung jawab yang sangat tinggi: banyak pasien pada tahap ini mungkin berada di akhir hidup mereka. Seberapa percaya diri kita dalam teknologi yang menerjemahkan opini mereka tentang pengobatan dan keputusan medis? Apa yang terjadi jika implan otak salah mengartikan pemikiran yang melibatkan perawatan mereka? Dan untuk penyakit yang tidak ada obatnya, pada titik mana jembatan mesin pikiran ini menjadi harapan palsu bagi orang yang dicintai saat otak perlahan memudar?

Untuk saat ini, pasien yang gagah itu tidak peduli dengan semua itu. Dengan implan, dia meminta putranya yang berusia empat tahun untuk menonton Disney's Robin Hood, atau "penyihir dan penyihir" di Amazon. "Aku mencintai anakku yang keren," katanya dengan otaknya.

Gambar Kredit: Pusat Wyss

Stempel Waktu: 30 Maret, 2022