Sudah banyak sekali orang di dunia yang memanfaatkan perangkat aplikasi berbasis suara seperti Siri dan Google Voice Search, yang bisa mengonversi suara menjadi teks dengan sangat cepat. Meskipun demikian, untuk menggunakan aplikasi ini, penggunanya harus memproduksi suara dengan jelas – tanpa gangguan dari lingkungan seperti suara berisik atau ketidakmampuan seseorang untuk berbicara akibat cedera atau kondisi kesehatan tertentu. 

Penelitian terbaru menemukan kemungkinan produksi suara hanya dengan membayangkannya di brain-computer interface (BCI). Penemuan terbaru ini memberi harapan bagi pasien penderita locked-in syndrome, yaitu suatu kondisi dimana pasien sadar penuh tetapi tidak dapat bergerak atau berkomunikasi akibat kelumpuhan yang ditimbulkan penyakit. Perangkat teknologi ini diharapkan dapat mempertahankan jalur komunikasi pasien dengan dunia di sekitar mereka.

Berpikir dengan brain-computer interface (BCI)

Alat pengenal suara otomatis konvensional bekerja dengan mengubah suara menjadi teks.  Namun dengan brain-computer interfaces, sinyal saraf sekarang dapat diterjemahkan menjadi suara. BCI bekerja dengan  prinsip komunikasi berbasis aktivitas otak, sehingga tidak memerlukan produksi suara.

"Saya tidak perlu mengucapkan 'Siri, bagaimana cuaca hari ini' atau 'Oke Google, kemana saya pergi untuk makan siang?' Saya hanya perlu membayangkan hal tersebut," ujar Christian Herff, peneliti di bidang sistem kognitif dari Universitas Bremen. 

Herff mempublikasikan sebuah literatur dengan Dr Tanja Schultz tahun lalu, dalam jurnal Frontiers in Neuroscience. Literatur tersebut mengeksplorasi peluang penggunaan teknik pencitraan otak sebagai input untuk deteksi kata-kata. Dari semua metode yang digunakan, electrocorticography (ECoG) merupakan metode yang paling ideal karena memiliki karakteristik resolusi temporal dan spasial yang tinggi, ketahanan terhadap artefak, dan tidak dapat difiltrasi oleh tengkorak dan kulit kepala.

A diagram depicting how speech decoding software works. Photo credit: Christian Herff/Frontiers
A diagram depicting how speech decoding software works. Photo credit: Christian Herff/Frontiers


Dalam penelitiannya, aktivitas otak pasien direkam dengan  elektroda yang sudah diimplan, sementara pasien membaca teks yang ditampilkan di layar. Data berisi pola respon sinyal saraf terhadap "telepon" atau elemen kata-kata yang kemudian dikembangkan.

"Untuk pertama kalinya kami dapat menunjukkan bahwa aktivitas otak dapat diubah menjadi kode yang cukup spesifik untuk penggunaan teknologi ASR terhadap sinyal otak," kata Herff. "Tetapi sayangnya alat ini belum dapat digunakan untuk populasi global mengingat perlunya melakukan implan elektroda".

Pendapat Herff juga didukung oleh Stéphanie Martin, mahasiswa program doktoral dengan Chair in Brain-Machine Interface (CNBI), EPFL, yang menegaskan bahwa electrocorticography bersifat sangat invasif karena "perlu dilakukan implan elektroda dalam otak pasien".

Penelitian terbaru Martin yang dipublikasikan dalam jurnal Cerebral Cortex berusaha memberi pengertian yang lebih suportif untuk mengembangkan BCI. Penelitian tersebut menunjukkan bagaimana musik bisa dibayangkan dalam otak serta bagaimana korteks auditorik dan bagian otak lainnya memproses informasi auditorik, seperti frekuensi tinggi dan rendah. 

Experimental task design. (A) The participant played an electronic piano with the sound of the digital keyboard turned on (perception condition). (B) In the second condition, the participant played the piano with the sound turned off and instead imagined the corresponding music in his mind (imagery condition). In both conditions, the sound output of keyboard was recorded in synchrony with the neural signals.  Photo Credit: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Experimental task design. (A) The participant played an electronic piano with the sound of the digital keyboard turned on (perception condition). (B) In the second condition, the participant played the piano with the sound turned off and instead imagined the corresponding music in his mind (imagery condition). In both conditions, the sound output of keyboard was recorded in synchrony with the neural signals. Photo Credit: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne


Serupa dengan kelompok Herff’s, kelompok Martin juga berharap dapat mengaplikasikan penemuan ini pada orang-orang yang kehilangan kemampuan untuk berbicara, termasuk pasien aphasia.

"Kami masih berada pada tahap penelitian sangat awal. Bahasa merupakan sistem yang jauh lebih rumit daripada musik: informasi linguistik bersifat non-universal sehingga diproses dalam beberapa tahap oleh otak".

Penderita ALS dapat berkomunikasi kembali

Teknologi ini juga dapat membantu pasien gangguan neuron motorik seperti ALS dimana pasien bahkan tidak mampu menggerakkan matanya saat sudah parah. Teknologi BCI konvensional yang mengandalkan gerakan mata menjadi tidak berguna pada ALS tahap lanjut.

Hingga saat ini, peneliti mengembangkan cara terbaru untuk identifikasi sinyal saraf dengan mengukur fluktuasi kadar oksigen dalam otak, yang disebut sebagai functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). Teknologi ini memungkinkan cahaya mendeteksi perubahan kadar oksigen dalam darah berdasarkan prinsip bahwa daerah otak yang aktif mengkonsumsi oksigen lebih banyak.

Dalam penelitian yang mengaplikasikan fNIRS untuk menciptakan komunikasi dalam keadaan complete locked-in state (CLIS), empat pasien ALS dapat berkomunikasi kembali dengan anggota keluarga dan tenaga kesehatan melalui respon sederhana berupa jawaban "ya" atau "tidak".

Penelitian dengan terobosan baru ini untuk pertama kalinya menunjukkan bahwa interaksi komunikasi antara pasien penderita locked-in syndrome dengan dunia luar merupakan hal yang sangat mungkin dilakukan. Walaupun tingkat akurasi respon tersebut hanya 70%, pasien mengaku bahwa mereka merasa bahagia dan dapat mengekspresikan perasaan mereka.

Teknologi BCI: Mungkin akan sangat berguna di masa depan

Teknologi brain-computer interface (BCI) telah melalui tahap sangat panjang untuk memungkinkan pasien cacat berat atau penderita locked-in syndrome untuk mampu "berbicara" lagi. Percobaan sebelumnya memungkinkan pengguna menyampaikan pesan dengan mengeja kata-kata namun sering terhambat oleh laju komunikasi yang lambat.

Walaupun teknologi terbaru terus berkembang hingga tahap dimana pasien locked-in syndrome mampu memberikan respon sederhana berupa ya atau tidak, namun hasil ini sebenarnya sudah bisa digunakan sebagai suatu tanda perkembangan besar dalam kualitas kehidupan, ujar Ana-Matran Fernandez, peneliti di bidang pemrosesan sinyal biomedis. 

Walau masih terdapat tantangan yang belum teratasi, namun dengan adanya harapan membuat pasien dan orang yang dicintainya dapat berkomunikasi kembali memberikan semangat kepada peneliti di seluruh dunia untuk terus mengembangkan BCI. MIMS

Bacaan lain:

3 hal yang mungkin tidak Anda ketahui mengenai produksi suara
Tidak berbicara terlalu "seperti dokter" saat berkomunikasi dengan pasien
Survey menunjukkan selebaran informasi obat "tidak berguna" dan "tidak terbaca"

Sumber:
https://theconversation.com/mind-reading-technology-lets-locked-in-sufferers-communicate-and-they-report-feeling-happy-72154
https://blog.frontiersin.org/2016/10/26/can-a-brain-computer-interface-convert-your-thoughts-to-text/
https://medicalxpress.com/news/2017-11-music-real-conundrum-scientists.html
https://actu.epfl.ch/news/that-music-playing-in-your-head-a-real-conundrum-f/