2 Tantangan Utama dalam Penelitian EEG

Apa tantangan dalam penelitian & analisis EEG kontemporer?

Pada tahun 1925, psikiater Jerman Hans Berger mencatat elektroensefalogram (EEG) manusia pertama. Sejak saat itu, teknologi dalam antarmuka otak-komputer dan komputasi telah mengalami peningkatan.

Postingan ini mengeksplorasi dua tantangan utama dalam penelitian EEG, yaitu:

1. Kepala logistik penelitian EEG akademis tradisional, dan

2. Inovasi dalam perangkat keras EEG.

Kepala Logistik Penelitian EEG Akademis Tradisional

Populasi Subjek Eksklusif, Pendanaan Minim, dan Terbatas Wilayah

Mari kita pahami terlebih dahulu penelitian elektroensefalogram (EEG). Penelitian EEG dan metodologi penelitian neuroscience kognitif melibatkan perekaman aktivitas listrik otak manusia dengan menggunakan elektroda non-invasif yang ditempatkan secara sengaja di permukaan kepala subjek. Menggunakan desain eksperimental yang melibatkan paparan terhadap berbagai rangsangan, perubahan sinyal otak dapat dianalisis dan data dapat diekstrapolasi.

Tabel 1 memberikan gambaran umum tentang jenis studi dan aktivitas yang dilakukan dengan teknologi EEG. Silakan baca panduan pengantar tentang elektroensefalografi EEG ini juga.

Tabel 1: Jenis Studi Elektroensefalogram (EEG) (diadopsi dari (Williams et al., 2020)

Walaupun EEG telah diadopsi secara luas sebagai alat penelitian yang efektif, logistiknya bisa menjadi tantangan. Sebagian besar lembaga pendanaan menyediakan dana untuk penelitian klinis, translasi, atau terapan. Namun, ada sedikit dana untuk penelitian eksperimental dasar. Kurangnya dana dapat memperburuk kesulitan logistik dalam merekrut peserta dan melakukan penelitian eksperimental yang solid, yang mengakibatkan ukuran sampel yang kecil. Ukuran sampel kecil ini dipilih secara nyaman dari area geografis yang terbatas.

Fenomena ini dikenal sebagai Masalah WEIRD. Ini merujuk pada individu barat, terdidik, terindustrialisasi, kaya, dan demokratis yang merupakan bagian dari sampel penelitian yang tipikal. Populasi sampel ini tidak terlalu inklusif karena sebagian besar individu ini berasal dari kampus perguruan tinggi. Demografi WEIRD ini tidak mencerminkan keragaman dunia nyata atau atribut kognitif dan emosional unik yang menjadikan kita manusia.

Secara kolektif, situasi ini membatasi signifikansi praktis dan generalisasi eksperimen. Karena hal ini, temuan dari studi ini sulit untuk diekstrapolasi menjadi wawasan baru tentang semua kognisi manusia (misalnya, beban mental, pemecahan masalah, dll.).

Inovasi dalam Perangkat Keras EEG

Peralatan berkualitas penelitian, portabel, dan biaya rendah tersedia secara global

Perangkat EEG

Dalam beberapa tahun terakhir, peneliti telah merobohkan batasan tradisional dalam penelitian neuroscience dengan perangkat EEG portabel. Antarmuka Otak-Komputer (BCI), Antarmuka Otak-Mesin (BMI), atau Antarmuka Manusia-Komputer (HCI) melakukan hal itu. Mereka menggunakan sinyal EEG untuk mengkarakterisasi dan mengidentifikasi keadaan kognitif atau afektif. BCI berkembang pesat sebagai cara untuk mengubah bagaimana manusia berinteraksi dengan lingkungan mereka. Hal ini didorong oleh kemajuan dalam miniaturisasi perangkat keras dan perbaikan dalam algoritma pemrosesan data. Sistem ini memberdayakan manusia untuk meningkatkan diri mereka melalui neurofeedback dan mendorong orang untuk berinteraksi dengan lingkungan mereka tanpa intervensi fisik.

Masa Depan Perangkat EEG

Selama dekade terakhir, tren umum dalam perangkat keras EEG adalah untuk membuat alat ini lebih kecil, tanpa kabel, portabel, dan lebih rendah biaya.

Gambar 1: Headset EPOC dari EMOTIV

Gambar 2: Headset EPOC Flex dari EMOTIV

Namun, memindahkan apa yang dulunya membutuhkan lab khusus yang mahal ke sistem portabel yang biaya rendah tidak datang tanpa kekhawatiran. Beberapa ilmuwan telah memiliki kekhawatiran tentang validitas, kualitas, atau praktik headset EEG. Untuk menyelidiki hal ini, peneliti telah melakukan banyak studi validasi yang menunjukkan utilitas ilmiah sistem ini.

Biaya rendah dan portabilitas headset EEG juga telah membuka cakupan luas pertanyaan penelitian yang kini dapat dijawab di situ. Itu adalah, gelombang otak subjek dapat diukur dalam situasi dunia nyata, sementara perangkat keras lama memiliki mobilitas minimal. Dalam psikologi gerakan atau olahraga, ini adalah perubahan monumental.

Bayangkan sebuah kelompok penelitian yang menyelidiki waktu reaksi pada sekumpulan mahasiswa yang diambil secara spesifik yang bermain olahraga. Mereka bertanya apakah penjaga gawang sepak bola memiliki waktu reaksi yang lebih cepat terhadap bola dibandingkan rekan satu timnya. Dalam paradigma penelitian lama, subjek ini harus datang ke lab, terhubung dengan kabel, melakukan tugas di layar fisik, dan melaporkan dengan tombol perangkat keras atau ketukan keyboard. Dengan peralatan EEG yang lebih baru, pertanyaan yang sama kini dapat diterapkan dan diukur saat sebenarnya berada di lapangan sepak bola.

Secara keseluruhan, inovasi dalam perangkat keras EEG ini telah membuka aplikasi praktis di luar lab. Dengan demikian, mereka telah meningkatkan kapasitas dan cakupan penelitian neuroscience.

Temui Inovasi – Temui EMOTIV

Telah terjadi perkembangan menarik dalam analisis pembelajaran dalam-dalam dan pembelajaran mesin lainnya dalam beberapa tahun terakhir. Karena alasan ini, kumpulan data yang besar, valid, dan berkualitas (n=1000+) diperlukan untuk mengolah nilai dari program-program ini. Mengingat kebutuhan pemrosesan sinyal, klasifikasi, validasi, dan evaluasi kinerja dalam penelitian EEG, domain ini sangat diuntungkan jika pendekatan kecerdasan buatan ini diterapkan. Data besar diperlukan untuk mengatasi sifat iteratif dari penelitian eksperimental saat ini dalam neuroscience, terutama di ujung yang lebih kompleks dari penyakit neurodegeneratif dan antarmuka otak-komputer. Hingga saat ini, data itu belum tersedia.

Ada dua pendekatan untuk meningkatkan potensi populasi sampel dan pengumpulan
data selanjutnya:

1. Kembangkan perangkat keras EEG berkualitas penelitian, portabel, dan biaya rendah yang dapat digunakan secara global.

2. Perbaiki teknik pengumpulan data, validasi, dan analisis otomatis.

Atasi Tantangan, Berkembang Dengan Perubahan. Pilih EMOTIV

Tinjauan inovasi EEG EMOTIV selama dekade terakhir

Penggunaan perangkat EEG dalam penelitian neuroscience dan pengaturan klinis terus meningkat (lihat Gambar 3). Selama dekade terakhir, EMOTIV telah mengembangkan peralatan EEG berkualitas penelitian, nirkabel, portabel, dan mudah digunakan dengan kontrol kualitas yang dapat diakses oleh siapa saja, di mana saja di dunia, untuk mengatasi tantangan ini.

Gambar 3 – Jumlah Publikasi yang Mengandung “EEG” (1940 – 2021) melalui Kerangka Informasi Neuroscience

Evolusi Perangkat Keras

Selain itu, perangkat keras EEG telah berevolusi dari elektroda basah menjadi elektroda kering. Elektroda basah memerlukan waktu panjang untuk dipasang, tidak nyaman dipakai, dan membatasi mobilitas. Headset dengan elektroda kering atau hibrida bekerja dengan cepat, portabel, dan jauh lebih murah untuk diproduksi dan dioperasikan. Kemajuan teknologi ini membawa kita lebih dekat pada terobosan dalam penelitian neurologis, tetapi kita masih belum sepenuhnya sampai di sana.

Pastikan Set Sampel yang Beragam

EMOTIV dapat membantu Anda meningkatkan keragaman studi Anda. Jalur headset EEG EPOC dari EMOTIV telah ada selama lebih dari satu dekade dan telah divalidasi secara independen oleh lembaga penelitian di seluruh dunia. Mereka telah digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk mengontrol anggota badan robot dan kursi roda, otentikasi pengguna biometrik dalam sistem keamanan, dan mengidentifikasi keadaan mental kognitif dan emosional.

Potensi penggunaan EMOTIV secara global dan hambatan finansial yang rendah memfasilitasi penelitian bagi mereka yang memiliki sumber daya terbatas. Misalnya, Parameshwaran dan Thiagarajan menggunakan perangkat EEG EMOTIV di pengaturan pedesaan dan perkotaan di India untuk menunjukkan perbedaan dalam tanda EEG terkait dengan status sosial ekonomi, paparan teknologi, dan pengalaman perjalanan.