Para ilmuwan di Boston University telah mencapai apa yang sebelumnya dianggap mustahil: memancarkan cahaya sepenuhnya menembus kepala manusia. Terobosan ini dapat mengarah pada teknologi pencitraan otak yang seportabel dan seterjangkau mesin EEG , namun dengan kemampuan kedalaman seperti pemindai MRI yang mahal.
Penelitian yang dipimpin oleh Professor David Boas ini merupakan langkah maju yang signifikan dalam pencitraan otak optik. Pilihan pencitraan otak saat ini terbatas - EEG murah dan portabel tetapi hanya menunjukkan aktivitas permukaan, sementara fMRI dapat melihat lebih dalam tetapi berharga jutaan dolar dan memerlukan mesin seukuran ruangan.
Perbandingan Teknologi Pencitraan Otak Saat Ini:
- EEG: Portabel dan terjangkau, namun terbatas pada aktivitas permukaan otak
- fMRI: Penetrasi otak yang dalam, namun mahal (jutaan USD) dan berukuran sebesar ruangan
- Metode optik baru: Berpotensi menggabungkan keterjangkauan EEG dengan kemampuan kedalaman fMRI
- Aplikasi target: Diagnosis stroke, penilaian kesehatan mental, pemantauan aktivitas otak secara umum
Tantangan Transmisi Cahaya
Kepala manusia terkenal buruk dalam melewatkan cahaya. Tengkorak dan jaringan otak menyebarkan cahaya sedemikian rupa sehingga biasanya hanya sekitar satu dari sejuta foton yang berhasil dari satu sisi kepala ke sisi lainnya. Ini telah menjadi hambatan utama yang mencegah pencitraan otak optik mencapai daerah otak yang lebih dalam.
Tim peneliti menggunakan cahaya inframerah dekat pada panjang gelombang 800 nanometer dari laser 1,2 watt. Mereka dengan hati-hati mengukur waktu jutaan foton saat mereka melakukan perjalanan melalui kepala subjek sukarelawan. Pengaturan ini memerlukan presisi ekstrem - eksperimen harus dilakukan dalam ruang tertutup cahaya yang dibangun dengan papan busa hitam, lapisan kain, dan tirai keamanan laser untuk mencegah cahaya liar mengganggu sinyal yang sangat lemah.
Spesifikasi Teknis:
- Panjang gelombang laser: 800 nanometer (inframerah dekat)
- Daya laser: 1,2 watt
- Tingkat transmisi cahaya: Sekitar 1 dari 1 juta foton
- Keterbatasan saat ini: Hanya bekerja dengan andal pada warna kulit terang
- Profil keamanan: Serupa dengan paparan sinar matahari alami pada panjang gelombang 800nm
Keamanan dan Keterbatasan Saat Ini
Daya laser yang digunakan dianggap aman, karena sinar matahari secara alami mengandung panjang gelombang 800 nanometer yang serupa. Namun, teknologi ini saat ini menghadapi keterbatasan signifikan: hanya bekerja dengan andal pada orang dengan kulit terang. Tim peneliti mengakui ini adalah hambatan besar yang perlu diatasi sebelum teknologi dapat diadopsi secara luas.
Teknologi ini akan memiliki jalan panjang untuk dilalui, akan dilakukan dalam pekerjaan masa depan. Hubungan yang berbeda dari variasi pigmentasi jaringan subjek—lebih banyak keragaman subjek akan diperlukan.
Para peneliti sedang mengeksplorasi cara untuk menyesuaikan sistem untuk berbagai warna kulit dengan menyesuaikan sifat foton, meskipun ini dapat menimbulkan tantangan teknis baru.
Aplikasi Medis Potensial
Terobosan ini membuka kemungkinan menarik untuk diagnosis medis. Boas tertarik khusus pada diagnosis stroke cepat - saat ini, mengidentifikasi dan mengobati stroke dengan cepat memerlukan pemindaian CT atau mesin MRI yang mahal yang tidak selalu tersedia dengan segera. Pemindai otak optik portabel dapat memberikan penilaian stroke yang lebih cepat dan lebih mudah diakses.
Teknologi ini juga dapat merevolusi diagnosis kesehatan mental dengan memberikan dokter cara yang lebih terjangkau untuk mengamati pola aktivitas otak. Tidak seperti metode saat ini yang hanya menunjukkan aktivitas otak permukaan, pendekatan ini berpotensi mengungkap proses otak yang lebih dalam yang terlibat dalam berbagai kondisi kesehatan mental.
 |
|---|
| Visualisasi ini menggambarkan jalur-jalur saraf yang rumit di dalam otak, mencerminkan potensi observasi proses otak yang lebih mendalam dengan teknologi pencitraan baru |
Respons Komunitas dan Pandangan Masa Depan
Komunitas ilmiah menunjukkan kegembiraan dan skeptisisme yang sehat tentang penelitian ini. Beberapa ahli mencatat bahwa sebagian besar aktivitas otak yang menarik sebenarnya terjadi di korteks - lapisan luar otak - yang teknologi yang ada sudah dapat mengakses. Tantangan sebenarnya akan mengembangkan metode untuk membedakan sinyal dari berbagai daerah otak dan menciptakan gambar medis yang berguna dari cahaya yang ditransmisikan.
Penelitian ini merupakan bukti konsep daripada perangkat medis yang sudah jadi. Pencapaian utama tim adalah menunjukkan bahwa mentransmisikan cahaya melalui seluruh kepala manusia adalah mungkin, meskipun asumsi selama beberapa dekade sebaliknya. Fondasi ini dapat menginspirasi generasi berikutnya perangkat pencitraan otak yang menggabungkan keterjangkauan EEG dengan penetrasi kedalaman MRI .
Meskipun hambatan teknis yang signifikan tetap ada, khususnya seputar kompatibilitas warna kulit dan pemrosesan sinyal, terobosan ini membuktikan bahwa pengukuran optik yang tampaknya mustahil dapat menjadi kenyataan dengan pendekatan dan tekad yang tepat.