Gelombang suara untuk gelombang otak

dari : spectrum.ieee.org,by Willie D. Jones

Ketika sebagian besar orang mendengar kata ultrasound, mereka berpikir tentang alat diagnostic yang digunakan untuk melihat bagian dalam dari rahim dan mengintip si janin. Namun para peneliti di Arizona State University di Tempe mengembangkan penggunaan dari ultrasound: mengontrol aktifitas otak dari luar tengkorak.

William J. Tyler, salah satu teknisi pengembang serta professor asisten di ASU, mengatakan bahwa ultrasound suatu saat akan memungkinkan seorang dokter (physician) untuk mengganti implant-implant saraf dengan external device. “Kami berusaha untuk mengembangkan teknologi ke suatu point di mana kita bias menghindari penggunaan elektroda yang (sering) dipakai dalam peransangan saraf vagus dan peransangan otak dalam(vagus nerve stimulation and deep brain stimulation),” kata Tyler.

Vagus nerve stimulation digunakan untuk menyembuhkan epilepsy serta depresi parah; deep brain stimulation digunakan pada penyembuhan penyakit Parkinson dan, secara experiment , penyakit-penyakit saraf dan psikis lainnya. Keduanya mengandalkan kerja system yang mirip dengan pacemaker yang ditanam dalam dada pasien, dengan beberapa elektroda yang digunakan untuk saraf maupun otak. Menghilangkan resiko dari operasi bisa membuat neurostimulation lebih terealisasi secara luas.

Pada bulan Oktober, Tyler dan rekan-rekannya melaporkan bahwa mereka telah menggunakan ultrasound dengan daya dan frekuensi rendah untuk menstimulus aktifitas dalam irisan tipis dari jaringan otak yang dijaga dalam slide atau film; menjelang awal Novembt, tim tersebut telah melakukan sebuah percobaan pada seekor tikus hidup dimana mereka mempengaruhi gerakan tanpa sengaja si tikus dengan menstimulus bagian-bagian tertentu otak tikus dari luar kepalanya. Dalam kedua kasus tersebut mereka menggunakan ledakan ultrasound pada rentang frekuensi (0.44-0.67) MHz jauh lebih kecil dari frekuensi yang digunakan dalam pencitraan. Alat teresebut memancarkan daya 23 mW per cm persegi dari otak – sebuah fraksi batas atas 180 mW/cm2 yang diberikan oleh US Food and Drug Administration (FDA)untuk scanning rahim.

Kombinasi antara frekuansi rendah dan daya rendah ini menggambarkan sebuah titik di mana gelombang suara tersebut telah menembus tulang tengkorak dan mempengaruhi sel-sel otak. Gelombang ini secara temporal membuka kanal-kanal gerbang-tegangan sodium yang, protein khusus yang memungkinkan ion sodium untuk menembus membrane sel. Hasilnya adalh perubahan local dalam polaritas sel dari negative ke positif. Perubahan polaritas ini bisa cukup kuat untuk menyebabkan sel untuk melepas chemical neurotransmitter dan karenanya mempengaruhi perubahan voltase yang sama pada neuron yang lain yang tersambung dengannya, menghasilkan gerakan atau perilaku lainnya.

Ibu-ibu yang sedang mengandung tak perlu khawatir bahwa ultrasound imaging akan membahayakan otak janin, kata Tyler. Kelompoknya telah menunjukkan bahwa pada frekuensi yang lebih tinggi dan rating daya yang digunakan dalam imaging, potensi penembusan – tulang dan brain – modulating sangat berkurang.
Tim tersebut juga telah memeriksa penggunaan low – power, low – frequency ultrasound pada alat-alat lain; bukannya memicu pengendalian aktifitas otak secara tepat pada area yang difokuskan, malah melemahkan tingkat metabolism di seluruh bagian otak.

Aplikasi dari hal ini adalah pencegahan kerusakan sekunder yang terjadi beberapa menit atau jam setelah sebuah luka kepala karena sebuah trauma yang melemahkabn aliran darah dan serangkaian reaksi kimia yang menyebabkan kematian sel.

“Bayangkan seorang anggota infantry yang terkoyak oleh ledakan atau pemain football yang terhunjam ke tanah oleh tumbukan antar helm,” ucap Tyler. “Beberapa sensor akan mendeteksi adanya gaya kuat yang mengakibatkan sebuah goncangan kasar. Kemudian sebuah barisan tranduser ultrasound yang terpasang di helm akan secara otomatis menyala, mengatur jalur neuroprotective dalam otak yang akan memperlambat tingkat metabolism otak, [membatasi chemical destructive cascade], serta menghindari kematian sel.”

Frekuensi rendah yang digunakan bisa menempuh jarak tertentu di udara. Jadi, mungkinkah Anda bisa terpukul oleh sebuah dentuman yang merubah – mood melampaui sebuah ruangan? Mungkin tidak, kata Tyler. Secara teori, teknik ultrasound hanya mampu bekerja hingga 1 meter, ucapnya. “Jarak terjauh yang telah kami coba selama ini adalah sekitar 50mm.”
Butuh sekitar 5 tahun, menurut perkiraan Tyler, untuk pengembangan control otak jarak jauh hingga memasuki tahap clinical trial, dan persetujuan FDA.