Implan yang Integrasikan Otak dan AI Siap Ubah Pengobatan Neurologis

IMPLAN otak yang sangat kecil bernama BISC mendefinisikan ulang apa yang mungkin terjadi dalam interaksi manusia-komputer. Teknologi yang dikembangkan oleh gabungan beberapa universitas dan sebuah rumah sakit ini menawarkan tautan bandwidth tinggi nirkabel setipis kertas langsung ke otak.

Dengan lebih dari 65.000 elektroda dan throughput data yang belum pernah terjadi sebelumnya, implan ini memungkinkan penguraian AI tingkat lanjut dari pikiran, niat, dan pengalaman sensorik sambil tetap minimal invasif.

Implan otak baru ini berpotensi mengubah interaksi manusia-komputer dan memperluas kemungkinan pengobatan untuk kondisi neurologis seperti epilepsi, cedera tulang belakang, ALS, stroke, dan kebutaan.

Pada kondisi tersebut teknologi ini membantu dalam mengelola kejang dan memulihkan fungsi motorik, bicara, dan visual. Hal ini dilakukan dengan menciptakan saluran komunikasi berkinerja tinggi dan minimal invasif langsung ke dalam dan keluar dari otak.

Yang membuat sistem ini sangat menjanjikan adalah ukurannya yang sangat kecil dikombinasikan dengan kemampuan untuk memindahkan sejumlah besar data dengan sangat cepat. Dikembangkan oleh tim di Universitas Columbia, Rumah Sakit NewYork-Presbyterian, Universitas Stanford, dan Universitas Pennsylvania.

Antarmuka otak-komputer (brain-computer interface/BCI) tersebut dibangun di sekitar satu chip silikon yang menyediakan jembatan nirkabel dan bandwidth tinggi antara otak dan komputer eksternal. Platform ini disebut Sistem Antarmuka Biologis ke Korteks (Biological Interface System to Cortex/BISC).

Dalam sebuah studi yang diterbitkan pada tanggal 8 Desember 2025 di Nature Electronics, para peneliti menggambarkan BISC terdiri dari tiga bagian utama: implan chip tunggal, “stasiun relai” yang dapat dikenakan, dan perangkat lunak khusus yang menjalankan sistem tersebut.

“Sebagian besar sistem implan dibangun di sekitar wadah elektronik yang menempati ruang yang sangat besar di dalam tubuh,” kata Ken Shepard, Profesor Teknik Elektro Keluarga Lau, profesor teknik biomedis, dan profesor ilmu saraf di Universitas Columbia dan merupakan merupakan salah satu penulis senior dalam karya ini dan memandu upaya rekayasa.

“Implan kami adalah chip sirkuit terpadu tunggal yang sangat tipis sehingga dapat meluncur ke ruang antara otak dan tengkorak, bertumpu pada otak seperti selembar tisu basah,” tambahnya dikutip dari Scitech Daily.

Portal Bandwidth Tinggi

Shepard berkolaborasi dengan penulis senior dan penulis korespondensi bersama Andreas S. Tolias, PhD, profesor Oftalmologi dan direktur pendiri bersama Proyek Enigma di Universitas Stanford. Karya perintis Tolias dalam melatih model AI pada kumpulan data saraf skala besar termasuk kumpulan data yang direkam di laboratorium Tolias menggunakan BISC memungkinkan tim untuk menguji secara ketat seberapa baik perangkat tersebut dapat mendekode aktivitas saraf.

“BISC mengubah permukaan kortikal menjadi portal yang efektif, menghadirkan komunikasi baca-tulis berkecepatan tinggi dan minimal invasif dengan AI dan perangkat eksternal,” kata Tolias. “Skalabilitas chip tunggalnya membuka jalan bagi neuroprostetik adaptif dan antarmuka otak-AI untuk mengobati banyak gangguan neuropsikiatri, seperti epilepsy,” ucapnya.

Dr. Brett Youngerman, asisten profesor bedah neurologis di Universitas Columbia dan ahli bedah saraf di NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center, menjabat sebagai mitra klinis utama dalam proyek ini.  “Perangkat beresolusi tinggi dan berkecepatan data tinggi ini berpotensi merevolusi pengelolaan kondisi neurologis mulai dari epilepsi hingga kelumpuhan,” katanya.

Youngerman, Shepard, dan ahli neurologi epilepsi NewYork-Presbyterian/Columbia, Dr. Catherine Schevon, baru-baru ini menerima hibah dari National Institutes of Health untuk mengimplementasikan BISC dalam pengelolaan epilepsi yang resisten terhadap obat.

“Kunci dari perangkat antarmuka otak-komputer yang efektif adalah memaksimalkan aliran informasi ke dan dari otak, sambil membuat perangkat seminimal mungkin invasif dalam implantasi bedahnya. BISC melampaui teknologi sebelumnya di kedua bidang tersebut,” lanjut Dr. Youngerman.

“Teknologi semikonduktor telah memungkinkan hal ini, memungkinkan daya komputasi komputer seukuran ruangan kini muat di saku Anda,” kata Shepard. “Sekarang kami melakukan hal yang sama untuk implan medis, memungkinkan elektronik kompleks untuk ada di dalam tubuh tanpa memakan banyak ruang,” paparnya.

BCI bekerja dengan menghubungkan ke sinyal listrik kecil yang digunakan neuron untuk berkomunikasi. Pada perangkat medis saat ini, ini biasanya melibatkan perakitan banyak bagian mikroelektronik terpisah, seperti amplifier, konverter data, pemancar radio, dan sirkuit manajemen daya.

Karena semua perangkat keras ini harus ditempatkan di suatu tempat, dokter sering menanamkan wadah elektronik yang relatif besar, baik dengan membuang sebagian tengkorak atau dengan menempatkannya di tempat lain di tubuh, seperti dada, dan kemudian mengarahkan kabel ke otak.

BISC Kecilkan Implan Otak

BISC mengambil pendekatan yang berbeda. Seluruh implan adalah satu chip sirkuit terpadu semikonduktor oksida logam komplementer (CMOS), yang ditipiskan hingga hanya 50 μm dan menempati kurang dari 1/1000 volume perangkat tipikal.

Dengan total volume sekitar 3 mm³, chip fleksibel ini dapat melengkung untuk menyesuaikan permukaan otak. Perangkat mikro-elektrokortikografi (µECoG) mencakup 65.536 elektroda, 1.024 saluran perekaman simultan, dan 16.384 saluran stimulasi. Karena dibangun menggunakan jenis proses manufaktur skala besar yang sama seperti yang digunakan dalam industri semikonduktor, implan ini dapat diproduksi dalam jumlah besar.

Di dalam chip tunggal ini terdapat semua elektronik yang dibutuhkan untuk antarmuka: transceiver radio, sirkuit daya nirkabel, logika kontrol digital, manajemen daya, konverter data, dan komponen analog yang diperlukan untuk perekaman dan stimulasi.

Stasiun relai eksternal bertenaga baterai memberi daya pada implan dan bertukar data dengannya melalui tautan radio ultrawideband khusus yang mencapai bandwidth data 100 Mbps setidaknya 100 kali lebih tinggi throughput daripada BCI nirkabel lain yang tersedia saat ini. Stasiun relai itu sendiri tampak bagi dunia luar sebagai perangkat WiFi 802.11, yang secara efektif bertindak sebagai jembatan antara komputer mana pun dan otak.

BISC juga memperkenalkan set instruksi sendiri dan tumpukan perangkat lunak yang substansial, yang bersama-sama membentuk arsitektur komputasi khusus untuk BCI. Dalam eksperimen yang dilaporkan, sistem bandwidth tinggi ini memungkinkan untuk mengirimkan pola aktivitas otak yang kaya ke dalam alat pembelajaran mesin dan pembelajaran mendalam tingkat lanjut yang dapat menguraikan niat, persepsi, dan keadaan internal yang kompleks.

“Dengan mengintegrasikan semuanya pada satu keping silikon, kami telah menunjukkan bagaimana antarmuka otak dapat menjadi lebih kecil, lebih aman, dan jauh lebih kuat,” kata Shepard.

Pengujian Awal

Untuk memajukan teknologi ini menuju penggunaan klinis, tim Shepard bekerja sama erat dengan Youngerman dan rekan-rekannya di NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center. Mereka mengembangkan dan menyempurnakan teknik bedah untuk menempatkan chip setipis kertas dengan aman dalam model praklinis.

Mereka juga memverifikasi bahwa chip tersebut dapat merekam sinyal saraf secara andal dan stabil dari waktu ke waktu, seperti yang diuraikan dalam studi baru ini. Studi awal pada pasien manusia sedang berlangsung, yang berfokus pada perekaman jangka pendek selama operasi.

“Studi awal ini memberi kita data yang sangat berharga tentang bagaimana perangkat tersebut bekerja dalam pengaturan bedah yang sebenarnya,” kata Youngerman. “Implan dapat dimasukkan melalui sayatan minimal invasif di tengkorak dan digeser langsung ke permukaan otak di ruang subdural. Bentuknya yang setipis kertas dan tidak adanya elektroda atau kabel yang menembus otak yang mengikat implan ke tengkorak meminimalkan reaktivitas jaringan dan degradasi sinyal dari waktu ke waktu.”

Pengujian praklinis ekstensif BISC di korteks motorik dan visual melibatkan kolaborasi dengan Dr. Tolias dan Bijan Pesaran, profesor bedah saraf di Universitas Pennsylvania, yang merupakan pemimpin yang diakui dalam ilmu saraf komputasional dan sistem.

“Miniaturisasi ekstrem oleh BISC sangat menarik sebagai platform untuk generasi baru teknologi implan yang juga berinteraksi dengan otak dengan modalitas lain seperti cahaya dan suara,” kata Pesaran.

Dikembangkan dalam program Desain Sistem Rekayasa Saraf dari Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan (DARPA), BISC menggabungkan keahlian Universitas Columbia dalam mikroelektronika, program ilmu saraf mutakhir di Stanford dan Penn, dan inovasi bedah dari NewYork-Presbyterian/Columbia University Irving Medical Center.

Aplikasi Otak Masa Depan

Untuk mempercepat kemajuan menuju penggunaan praktis, para peneliti Columbia dan Stanford menciptakan Kampto Neurotech, sebuah perusahaan spin-off yang didirikan oleh alumni teknik elektro Columbia, Dr. Nanyu Zeng, salah satu insinyur utama dalam proyek tersebut. Kampto Neurotech sedang mengerjakan versi komersial chip untuk penelitian praklinis dan mencari dukungan untuk memajukan teknologi ini menuju penggunaan di masa depan pada manusia.

“Ini adalah cara yang sangat berbeda untuk membangun perangkat BCI,” kata Zeng. “Dengan cara ini, BISC memiliki kemampuan teknologi yang jauh melampaui perangkat pesaing,” tambahnya.

Seiring kemajuan kecerdasan buatan, teknologi BCI (Brain-Computer Interface) semakin menarik minat, baik untuk memulihkan kemampuan yang hilang pada penderita penyakit neurologis maupun untuk berpotensi meningkatkan fungsi normal dengan menciptakan koneksi langsung antara otak dan mesin.

“Dengan menggabungkan perekaman saraf beresolusi ultra tinggi dengan pengoperasian nirkabel sepenuhnya, dan memasangkannya dengan algoritma dekoding dan stimulasi canggih, kita bergerak menuju masa depan di mana otak dan sistem AI dapat berinteraksi tanpa hambatan — tidak hanya untuk penelitian, tetapi juga untuk kepentingan manusia,” kata Shepard.

“Ini dapat mengubah cara kita mengobati gangguan otak, cara kita berinteraksi dengan mesin, dan pada akhirnya cara manusia berinteraksi dengan AI,” katanya. hay