Meningkatkan Kontrol Tangan Prostetik:Kemajuan Antarmuka Otak‑Komputer yang Tepat

DALAM Desain Gerak

Dalam sebuah penelitian dengan monyet rhesus, ahli saraf di Pusat Primata Jerman telah menyelidiki bagaimana fungsi antarmuka otak-komputer dan juga keterampilan motorik halus neuroprostesis dapat ditingkatkan. (Gambar:Andres Agudelo-Toro)

Para peneliti di Pusat Primata Jerman, Institut Penelitian Primata Leibniz di Göttingen, telah mengembangkan protokol pelatihan baru untuk antarmuka otak-komputer dalam sebuah penelitian dengan monyet rhesus. Metode ini memungkinkan kontrol yang tepat terhadap tangan palsu hanya dengan menggunakan sinyal dari otak. Para peneliti mampu menunjukkan bahwa sinyal saraf yang mengontrol berbagai postur tangan di otak sangat penting untuk kontrol ini, dan bukan, seperti yang diasumsikan sebelumnya, sinyal yang mengontrol kecepatan gerakan. Hasilnya sangat penting untuk meningkatkan kontrol yang baik terhadap prostesis tangan saraf, yang dapat mengembalikan sebagian atau seluruh mobilitas pasien lumpuh.

Membawa tas belanjaan, memasukkan benang ke dalam lubang jarum — genggaman yang kuat dan presisi adalah bagian dari kehidupan kita sehari-hari. Kita baru menyadari betapa pentingnya tangan kita ketika kita sudah tidak bisa menggunakannya lagi, misalnya karena paraplegia atau penyakit seperti ALS yang menyebabkan kelumpuhan otot progresif.

Untuk membantu pasien, para ilmuwan telah meneliti neuroprostesis selama beberapa dekade. Tangan, lengan atau kaki buatan ini dapat mengembalikan mobilitas para penyandang disabilitas. Koneksi saraf yang rusak dijembatani melalui antarmuka otak-komputer yang menerjemahkan sinyal dari otak, menerjemahkannya ke dalam gerakan, dan dengan demikian dapat mengontrol prostesis. Namun hingga saat ini, prostesis tangan belum memiliki keterampilan motorik halus yang diperlukan untuk digunakan dalam kehidupan sehari-hari.

“Seberapa baik prostesis bekerja terutama bergantung pada data saraf yang dibaca oleh antarmuka komputer yang mengontrolnya,” kata Andres Agudelo-Toro, ilmuwan di Laboratorium Neurobiologi di Pusat Primata Jerman dan penulis pertama studi tersebut. "Studi sebelumnya tentang gerakan lengan dan tangan berfokus pada sinyal yang mengontrol kecepatan gerakan menggenggam. Kami ingin mengetahui apakah sinyal saraf yang mewakili postur tangan lebih cocok untuk mengontrol neuroprostesis."

Untuk penelitian ini, para peneliti bekerja dengan monyet rhesus (Macaca mulatta). Seperti manusia, mereka memiliki sistem saraf dan visual yang sangat berkembang serta keterampilan motorik halus yang jelas. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk meneliti gerakan menggenggam.

Untuk mempersiapkan percobaan utama, para ilmuwan melatih dua monyet rhesus untuk menggerakkan avatar virtual di layar. Selama fase pelatihan ini, monyet melakukan gerakan tangan dengan tangannya sendiri sekaligus melihat gerakan tangan virtual yang sesuai di layar. Sarung tangan data dengan sensor magnetik, yang dikenakan monyet selama menjalankan tugas, merekam gerakan tangan hewan tersebut.

Setelah monyet mempelajari tugas tersebut, mereka dilatih untuk mengendalikan tangan virtual pada langkah berikutnya dengan “membayangkan” genggamannya. Aktivitas populasi neuron di area kortikal otak yang secara khusus bertanggung jawab untuk mengendalikan gerakan tangan diukur. Para peneliti berfokus pada sinyal yang mewakili berbagai postur tangan dan jari dan mengadaptasi algoritma antarmuka otak-komputer, yang menerjemahkan data saraf menjadi gerakan, dalam protokol yang sesuai.

“Menyimpang dari protokol klasik, kami mengadaptasi algoritme sehingga tidak hanya tujuan suatu pergerakan yang penting, namun juga bagaimana Anda sampai di sana — jalur eksekusi,” jelas Andres Agudelo-Toro. “Hal ini pada akhirnya memberikan hasil yang paling akurat.”

Para peneliti kemudian membandingkan gerakan tangan avatar dengan data tangan asli yang telah mereka rekam sebelumnya dan mampu menunjukkan bahwa gerakan tersebut dieksekusi dengan presisi yang sebanding.

“Dalam penelitian kami, kami dapat menunjukkan bahwa sinyal yang mengontrol postur tangan sangat penting untuk mengendalikan neuroprostesis,” kata Hansjörg Scherberger, kepala Laboratorium Neurobiologi dan penulis senior studi tersebut. “Hasil ini sekarang dapat digunakan untuk meningkatkan fungsi antarmuka otak-komputer di masa depan dan juga untuk meningkatkan keterampilan motorik halus prostesis saraf.”

Sumber