9 Jan 2019 Gakken Editorial

Alat Pacu Otak; Penanganan Baru Penyakit Neurologi

Neurostimulator baru yang dikembangkan oleh para insinyur di University of California, Berkeley, dapat mendengarkan dan menstimulasi arus listrik di otak pada saat yang sama. Perangkat tersebut berpotensi memberikan perawatan yang disesuaikan untuk pasien dengan penyakit seperti epilepsi dan Parkinson.

Perangkat bernama WAND tersebut bekerja seperti "alat pacu untuk otak," memonitor aktivitas listrik otak dan memberikan stimulasi jika mendeteksi sesuatu yang salah.

Alat-alat yang digunakan sebelumnya, cukup efektif untuk mencegah tremor atau kejang yang melemahkan pada pasien dengan berbagai kondisi neurologis. Namun, sinyal listrik yang mendahului kejang atau tremor bisa sangat halus, serta frekuensi dan kekuatan stimulasi listrik yang diperlukan untuk mencegahnya sama-sama sensitif. Dibutuhkan bertahun-tahun penyesuaian kecil oleh dokter sebelum perangkat memberikan perawatan yang optimal.

WAND singkatan dari wireless artifact-free neuromodulation device yang berarti bahwa setelah ia belajar mengenali tanda-tanda tremor atau kejang, ia dapat menyesuaikan parameter stimulasi sendiri untuk mencegah gerakan yang tidak diinginkan. Dan dapat menstimulasi dan merekam secara bersamaan dan dapat menyesuaikan parameter secara real-time.

"Proses menemukan terapi yang tepat untuk pasien sangat mahal dan bisa memakan waktu bertahun-tahun. Pengurangan yang signifikan dalam biaya dan durasi berpotensi menyebabkan hasil yang lebih baik dan mudah diakses," kata Rikky Muller, asisten profesor teknik elektro dan ilmu komputer di Berkeley, "Kami ingin memungkinkan perangkat untuk mencari tahu apa cara terbaik untuk menstimulus pasien yang diberikan untuk memberikan hasil terbaik. Dan Anda hanya bisa melakukannya dengan mendengarkan dan merekam tanda-tanda dari saraf."

WAND dapat merekam aktivitas listrik lebih dari 128 saluran, atau dari 128 titik di otak, jika dibandingkan dengan delapan saluran di sistem loop tertutup lainnya. Untuk mendemonstrasikan perangkat, tim menggunakan WAND untuk mengenali dan menunda gerakan lengan tertentu pada kera rhesus. Perangkat ini dijelaskan dalam sebuah penelitian yang muncul 31 Desember di Teknik Biomedis Alam.

Secara simultan, WAND menstimulasi dan merekam sinyal-sinyal listrik di otak sama seperti mencoba melihat riak-riak kecil di kolam sambil juga memercikkan kaki Anda - sinyal-sinyal listrik dari otak diliputi oleh gelombang besar listrik yang dihasilkan oleh stimulasi.

Saat ini, stimulator otak berhenti merekam saat memberikan stimulasi listrik, atau merekam di bagian otak yang berbeda dari tempat stimulasi diterapkan—pada dasarnya mengukur riak kecil pada titik yang berbeda di kolam dari percikan.

"Untuk memberikan terapi berbasis stimulasi loop tertutup, yang merupakan tujuan besar bagi orang yang mengobati Parkinson dan epilepsi dan berbagai gangguan neurologis, sangat penting untuk melakukan rekaman saraf dan stimulasi secara bersamaan, peralatan saat ini masih yang berfungsi tunggal, "kata mantan rekan pascadoktoral UC Berkeley Samantha Santacruz, yang sekarang menjadi asisten profesor di University of Texas di Austin.

Para peneliti di Cortera Neurotechnologies, Inc., yang dipimpin oleh Rikky Muller, merancang sirkuit terintegrasi custom WAND yang dapat merekam sinyal penuh baik dari gelombang otak halus dan pulsa listrik yang kuat. Desain chip ini memungkinkan WAND untuk mengurangi sinyal dari pulsa listrik, menghasilkan sinyal yang bersih dari gelombang otak.

Perangkat yang ada, disetel untuk merekam sinyal hanya dari gelombang otak yang lebih kecil, sehingga kewalahan oleh pulsa stimulasi besar, membuat jenis rekonstruksi sinyal ini menjadi tidak mungkin.

"Karena kita benar-benar dapat menstimulasi dan merekam di wilayah otak yang sama, kita tahu persis apa yang terjadi ketika kita memberikan terapi," kata Muller.

Bekerja sama dengan lab teknik elektro dan profesor ilmu komputer Jan Rabaey, tim membangun perangkat platform dengan kemampuan komputasi nirkabel dan loop tertutup yang dapat diprogram untuk digunakan dalam berbagai aplikasi penelitian dan klinis.

Dalam eksperimen yang dipimpin oleh Santacruz saat menjadi postdoc di UC Berkeley dan profesor ilmu komputer Jose Carmena, subjek diajarkan untuk menggunakan joystick memindahkan kursor ke lokasi tertentu. Setelah periode pelatihan, perangkat WAND mampu mendeteksi tanda saraf yang muncul saat subjek bersiap untuk melakukan gerakan.

"Ini adalah pertama kalinya sinyal ditunjukkan dalam sistem loop tertutup berdasarkan pada rekaman neurologis saja," kata Muller.

"Di masa depan, kami bertujuan untuk memasukkan pembelajaran ke dalam platform loop tertutup kami untuk membangun perangkat cerdas yang dapat menemukan cara terbaik untuk merawat Anda, dan menghilangkan dokter dari keharusan untuk terus-menerus campur tangan dalam proses ini," kata Muller.

 DOI: 10.1038/s41551-018-0323-x

Berita Riset dan Terobosan Neurobiologi


9 Jan 2019 Gakken Editorial