Panduan untuk Perangkat Antarmuka Otak-Komputer

Terima kasih kepada proyek-proyek terkenal seperti Neuralink Elon Musk, antarmuka otak-komputer (BCI) telah mendapatkan perhatian dunia dalam beberapa tahun terakhir. Namun, Anda mungkin terkejut mengetahui bahwa teknologi BCI sudah ada selama lebih dari empat dekade dan bahwa Anda tidak perlu menjalani operasi untuk membuat proyek "dikendalikan oleh pikiran" Anda sendiri.

EMOTIV debut pada tahun 2011, mempersembahkan headset EEG nirkabel pertama sebagai perangkat BCI gaming yang revolusioner. Sejak saat itu, teknologi ini telah maju secara signifikan seiring dengan algoritma pembelajaran mesin dan sensor gelombang otak yang lebih baik. Saat ini, para penggemar BCI masih mengandalkan EMOTIV untuk kebutuhan proyek antarmuka otak-komputer mereka.

Apakah Anda seorang pemula atau seorang profesional berpengalaman, dunia BCI menawarkan peluang yang menarik untuk inovasi dan penemuan. Berikut adalah panduan untuk perangkat antarmuka otak-komputer untuk membantu Anda memahami dan mengakses dunia yang menakjubkan ini.

Memahami Teknologi Antarmuka Otak-Komputer

Teknologi antarmuka otak-komputer (BCI) memungkinkan komunikasi langsung antara otak dan perangkat eksternal. Secara teknis, perangkat apa pun yang membaca sinyal otak adalah BCI. Baru-baru ini, istilah ini digunakan terutama untuk menggambarkan BCI yang memungkinkan Anda untuk "mengendalikan dengan pikiran" perangkat. Teknologi yang sama yang membantu memahami fungsi otak dapat mengubah sinyal otak menjadi perintah untuk berbagai tugas, termasuk mengendalikan kursor komputer, menggerakkan anggota prostetik, dan membuat pengalaman gaming interaktif. Teknologi BCI menawarkan harapan baru bagi mereka yang tidak dapat menggunakan anggota tubuh mereka, selain para inovator dan penghobi yang sehat di seluruh dunia.

Karena "BCI" telah menjadi kata kunci dalam zeitgeist, penting untuk membedakan antara jenis perangkat antarmuka otak-komputer untuk menghilangkan kebingungan sehingga konsumen dan institusi dapat memilih perangkat BCI yang tepat untuk mereka.

Perangkat BCI: Bedah vs. Headset

Saat ini, ada dua jenis perangkat antarmuka otak-komputer yang berbeda; yang ditanamkan ke dalam otak dan yang membaca sinyal otak dari kulit kepala (Gambar 1). Berikut adalah perbedaannya.

Gambar 1. Klasifikasi teknologi akuisisi sinyal BCI. (a) adalah diagram klasifikasi dimensi bedah, yang mencakup tiga tingkat: non-invasif, minimal-invasif, dan invasif. (b) menunjukkan diagram klasifikasi dimensi deteksi, yang mencakup tiga tingkat: non-implantasi, intervensi, dan implantasi. [1]

Intrakranial (Invasif)

Implan elektroensefalografi intrakranial (iEEG) menempatkan elektroda langsung di dalam kepala seseorang. Ini memungkinkan dokter untuk memperoleh sinyal elektronik yang jelas untuk penelitian, deteksi, dan pengobatan. Implan otak dapat membaca data, merangsang otak, atau keduanya. Penggunaannya mencakup tetapi tidak terbatas pada, mengevaluasi kejang epilepsi [2], mengobati gangguan mental [3], melewati kelumpuhan, memungkinkan pemikiran ke teks atau pemikiran ke suara (Gambar 2) dan bahkan pemulihan penglihatan [4][5]. 

Administrasi Makanan & Obat AS mendefinisikan perangkat BCI yang ditanamkan sebagai "neuroprostheses yang berinteraksi dengan sistem saraf pusat atau perifer untuk mengembalikan kemampuan motorik dan/atau sensorik yang hilang pada pasien dengan kelumpuhan atau amputasi" [6].

Gambar 2. Casey Harrell, yang menderita ALS, berbicara kembali dengan bantuan implan BCI melalui percobaan klinis BrainGate. (Kredit: UC Regents)

Intrakranial (Minimal-invasif)

Para peneliti telah bereksperimen dengan metode yang kurang invasif untuk membaca informasi langsung dari otak. Salah satu metode adalah endovaskular (Gambar 3), mengirimkan elektroda ke otak melalui stent melalui pembuluh darah [7][8].

Metode lain disebut elektrokortikografi (ECoG), yang memerlukan penempatan elektroda secara bedah di bawah tengkorak, baik di bawah dura mater (ECoG subdural) atau di luar dura mater (ECoG epidural). Prosedurnya invasif tetapi lebih sedikit dibandingkan dengan implan BCI tradisional [9].

Gambar 3. A, Skema dari antarmuka otak-komputer (BCI) yang sepenuhnya ditanamkan. Sebuah perangkat dengan elektroda ditanamkan di pembuluh darah sinus sagittal superior (inset) dan terhubung ke unit penerima pemancar yang dapat ditanamkan (IRTU) di kantong subkutan. IRTU berkomunikasi dengan unit telemetry penerima eksternal (ERTU), yang meneruskan sinyal ke unit pengontrol sinyal untuk mengendalikan komputer jinjing atau tablet. B, BCI dengan pelacak mata untuk kontrol komputer. Pelacakan mata digunakan untuk menggerakkan kursor, dan BCI digunakan untuk mengklik. C, BCI tanpa pelacakan mata untuk kontrol komputer. Sebuah pemindai item menyoroti item secara berurutan, dan BCI digunakan untuk mengklik item saat item tersebut disorot [7].

BCI Non-Invasif (Headset EEG)

Gambar 4. John berpartisipasi dalam BCI4Kids, sebuah program yang membantu anak-anak dengan disabilitas berinteraksi dengan lingkungan mereka menggunakan antarmuka otak-komputer. Anda dapat melihat karya seni John yang dikuasai otak DI SINI.

Perangkat BCI non-invasif menggunakan elektroda untuk membaca sinyal listrik melalui kulit kepala seseorang. Proses ini pada umumnya terbatas pada pengaturan laboratorium, tetapi dengan munculnya perangkat EEG nirkabel dengan kualitas penelitian, pembacaan gelombang otak yang akurat dapat dilakukan di mana saja (Gambar 4).

Saat ini, ada puluhan headset BCI non-invasif yang tersedia di pasaran—banyak yang dirancang dengan satu tujuan dalam pikiran, seperti pemantauan tidur atau fokus. Harganya dapat bervariasi dari beberapa ratus dolar hingga ratusan ribu. EMOTIV menawarkan jangkauan perangkat BCI nirkabel yang paling serbaguna dan terjangkau, mulai dari dua sensor hingga 32, digunakan oleh para ahli saraf, pelajar, pendidik, inovator, gamer, penghobi, dan seniman di seluruh dunia. 

Menurut audit 2022 tentang artikel yang telah menjalani tinjauan sejawat [10], EMOTIV adalah perangkat EEG konsumen yang paling banyak digunakan (67,69%) untuk penelitian ilmiah. Para peneliti mempercayai EMOTIV karena kinerjanya yang telah divalidasi secara ilmiah, keterjangkauannya dibandingkan dengan peralatan laboratorium EEG tradisional, dan serbagunanya. Headset EMOTIV yang sama yang digunakan di laboratorium universitas untuk melakukan penelitian terobosan tentang otak manusia dapat dibagikan dengan departemen musik untuk pertunjukan BCI, kemudian diteruskan ke departemen psikologi untuk pembelajaran langsung, dan dibagikan dengan klub BCI mahasiswa untuk balapan drone bertenaga otak. 

Perangkat BCI EMOTIV

Di EMOTIV, kami memiliki perangkat BCI nirkabel untuk pemula dan pengguna berpengalaman.

Di atas: Sebuah kursi roda dikendalikan menggunakan EMOTIV FLEX sebagai perangkat BCI [11].

Di atas: Seorang mahasiswa menggunakan EPOC X dan papan Arduino untuk mengendalikan lengan robot. (Sumber: Matt Su)

Di atas: Seorang mahasiswa di Universitas Florida mengenakan perangkat BCI EMOTIV Insight untuk mengendalikan drone. (Sumber)

Gambar 5. Gamer Twitch Perrikaryal berhasil menggunakan perangkat bertenaga otak EMOTIV MN8 2-saluran untuk mengontrol permainan Halo dengan BCI.

Memulai Proyek BCI Anda

Bagaimana Saya Menggunakan BCI?

Anda memerlukan lima elemen dasar untuk memulai proyek BCI Anda.

1. Sebuah tujuan yang jelas

2. Perangkat akuisisi sinyal, seperti headset EEG dari EMOTIV

3. Perangkat lunak pemrosesan sinyal, seperti EmotivBCI.

4. Perintah BCI yang ditugaskan (beberapa pengalaman coding diperlukan)

5. Akses ke perangkat yang ingin Anda kendalikan melalui SDK, papan Arduino, dll.

6. Sebuah perangkat untuk menerima perintah BCI

Pemilihan Perangkat BCI yang Tepat

Memilih perangkat BCI yang tepat sangat penting untuk keberhasilan proyek Anda. Berikut adalah beberapa pertimbangan kunci:

Kemudahan Penggunaan: Carilah perangkat yang ramah pengguna dan mudah untuk diatur, terutama jika Anda seorang pemula. Perangkat BCI EMOTIV diatur dalam waktu singkat dengan sensor kering, semi-kering, dan saline.

1. Fungsionalitas: Pastikan perangkat menawarkan fitur dan kemampuan yang diperlukan untuk proyek spesifik Anda. Headset EMOTIV adalah deteksi otak keseluruhan tetapi sebagai aturan umum, BCI bekerja lebih baik dengan lebih banyak sensor. Dengan logika itu, EMOTIV FLEX menggunakan hingga 32 sensor untuk deteksi otak maksimum, tetapi pengguna kami cenderung merasa EPOC X atau Insight lebih dari cukup untuk proyek dan penelitian BCI mereka. Perangkat bertenaga otak MN8, sementara itu, sempurna untuk pengembangan aplikasi mobile BCI.

2. Pemosisian Sensor:Saat memilih headset EEG, pertimbangkan dimana sensor terletak dan bagaimana hal itu mempengaruhi kebutuhan Anda. Misalnya, beberapa perangkat BCI di pasar hanya memiliki satu sensor atau beberapa sensor yang terletak hanya di bagian belakang kepala. 

3. Sensor Basah vs. Kering: Pertimbangkan kenyamanan dan kualitas sinyal saat memilih perangkat BCI, terutama jika Anda berniat untuk memakainya dalam jangka waktu lama. Saline lebih nyaman daripada gel, sensor semi-kering lebih mudah digunakan daripada saline, dan sensor kering adalah yang paling praktis digunakan. Bandingkan kualitas sinyal perangkat EMOTIV.

4. Kompatibilitas: Pilih perangkat yang terintegrasi dengan baik dengan perangkat lunak dan alat perangkat keras yang sudah ada. Jika Anda ingin mengintegrasikan BCI ke dalam sistem yang sudah ada (drone, Spotify, Internet of Things, dll.), pastikan Anda memiliki akses SDK, API.

5. Dukungan: Pilih perangkat dari perusahaan yang menawarkan dukungan yang kuat dan memiliki komunitas pengguna yang terlibat. EMOTIV menawarkan Basis Pengetahuan yang ekstensif dan dukungan pelanggan.

6. Data dan Privasi: Privasi neural Anda penting. Itulah sebabnya sejak hari pertama, EMOTIV telah merancang pengumpulan data EEG-nya dengan mempertimbangkan privasi. Lihat bagaimana EMOTIV melindungi data otak Anda.

Kesimpulan

Memulai proyek BCI adalah perjalanan yang menarik yang menawarkan potensi besar untuk inovasi dan dampak. Apakah Anda seorang pemula atau profesional yang berpengalaman, EMOTIV menyediakan alat dan dukungan yang Anda butuhkan untuk sukses. Dengan perangkat BCI yang tepat dan visi yang jelas, Anda dapat membuka kemungkinan baru.

Temukan perangkat dan sumber daya BCI EMOTIV hari ini untuk mulai mengerjakan proyek BCI Anda. Bergabunglah dengan komunitas inovator dan peneliti yang membentuk masa depan interaksi manusia-teknologi dengan teknologi BCI.

Bergabunglah dengan Komunitas Pengembang Kami

Bagikan Proyek BCI Anda kepada kami! Tandai #EMOTIV di media sosial atau email hello@emotiv.com.

Butuh bantuan lebih? KONTAK KAMI

Referensi

1. Y. Sun et al., “Akuisisi sinyal dari antarmuka otak-komputer: Tinjauan perspektif lintas medis-teknik,” Fundamental Research, Apr. 2024, doi: 10.1016/j.fmre.2024.04.011. Tersedia: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325824001559

2. P. S. Reif, A. Strzelczyk, dan F. Rosenow, “Sejarah evaluasi EEG invasif pada pasien epilepsi,” Seizure, vol. 41, hlm. 191–195, Apr. 2016, doi: 10.1016/j.seizure.2016.04.006.

3. Pusat Perangkat dan Kesehatan Radiologis, “Perangkat Antarmuka Otak-Komputer (BCI) yang Ditanam untuk Pasien dengan Paralisis atau Amputasi - Pengujian Non-klinis dan Pertimbangan Klinis,” U.S. Food And Drug Administration, 20 Mei 2021. https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/implanted-brain-computer-interface-bci-devices-patients-paralysis-or-amputation-non-clinical-testing

4. Y.-H. Nho et al., “Stimulasi otak dalam yang responsif dipandu oleh elektrofisiologi ventral striatal obsesif secara permanen memperbaiki paksaan,” Neuron, vol. 112, no. 1, hlm. 73-83.e4, Jan. 2024, doi: 10.1016/j.neuron.2023.09.034.

5. “Neuralink di X: ‘Kami telah menerima Penunjukan Desain Perangkat Terobosan dari FDA untuk Blindsight.  Bergabunglah dengan kami dalam upaya kami untuk mengembalikan penglihatan kepada mereka yang telah kehilangannya. Daftar di registri pasien kami dan lowongan di halaman karir kami https://t.co/abBMTdv7Rh’ / X,” X (Dahulu Twitter). https://x.com/neuralink/status/1836118060308271306?ref_src=twsrc%5Egoogle%7Ctwcamp%5Eserp%7Ctwgr%5Etweet

6. M. Ptito, M. Bleau, I. Djerourou, S. Paré, F. C. Schneider, dan D.-R. Chebat, “Antarmuka Otak-Mesin untuk membantu orang buta,” Frontiers in Human Neuroscience, vol. 15, Feb. 2021, doi: 10.3389/fnhum.2021.638887.

7. P. Mitchell et al., “Penilaian keamanan dari antarmuka otak-komputer endovaskular yang sepenuhnya ditanamkan untuk paralisis berat pada 4 pasien,” JAMA Neurology, vol. 80, no. 3, p. 270, Mar. 2023, doi: 10.1001/jamaneurol.2022.4847.

8. Q. He et al., “Nebula otak: antarmuka otak yang minim invasif melalui perekaman dan stimulasi neural endovaskular,” Journal of NeuroInterventional Surgery, p. jnis-021296, Feb. 2024, doi: 10.1136/jnis-2023-021296.

9. R. P. N. Rao, “BCI Semi-Invasif,” dalam eBuku Cambridge University Press, 2013, hlm. 149–176. doi: 10.1017/cbo9781139032803.012.

10. J. Sabio, N. S. Williams, G. M. McArthur, dan N. A. Badcock, “Tinjauan tentang penggunaan perangkat EEG kelas konsumen untuk penelitian,” bioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory), Des. 2022, doi: 10.1101/2022.12.04.519056.

11. D. Pawuś dan S. Paszkiel, “Kontrol kursi roda BCI menggunakan sistem pakar yang mengklasifikasikan sinyal EEG berdasarkan estimasi spektrum daya dan deteksi tic saraf,” Applied Sciences, vol. 12, no. 20, p. 10385, Okt. 2022, doi: 10.3390/app122010385.