Tim peneliti dari Integrated Neurotechnologies Laboratory (INL) di École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) mengembangkan purwarupa System-on-Chip (SoC) implan saraf bernama LogSync. Cip silikon berukuran 4 kali 2 milimeter ini dirancang untuk memantau aktivitas listrik otak dan mengukur dinamika komunikasi antarwilayah saraf secara langsung, membuka jalur terapi adaptif bagi gangguan psikiatri berat yang selama ini sulit ditangani oleh stimulasi listrik konvensional.

Riset yang dipimpin oleh Mahsa Shoaran dan dipublikasikan dalam IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC) tersebut berakar dari pemahaman klinis baru mengenai gangguan kejiwaan. Pada kasus depresi mayor resistan terapi, gangguan stres pascatrauma (PTSD), hingga gangguan obsesif-kompulsif (OCD), kelainan neurologis jarang sekali bersumber dari satu titik otak yang terisolasi. Gangguan mental berat umumnya timbul akibat putusnya koordinasi atau desinkronisasi ritme sinyal antara beberapa jejaring saraf yang bekerja bersamaan, seperti sirkuit antara amigdala dan korteks prefrontal.

Kelemahan Terapi Stimulasi Otak Loop Terbuka

Terapi stimulasi otak dalam (Deep Brain Stimulation atau DBS) sebetulnya bukan teknologi asing dalam dunia medis. Prosedur penanaman elektroda ini telah lama disetujui untuk meredakan tremor motorik pada penderita penyakit Parkinson. Namun, sebagian besar perangkat implan medis generasi terdahulu beroperasi dengan mekanisme loop terbuka (open-loop). Perangkat menyemprotkan gelombang denyut listrik secara terus-menerus mengikuti pengaturan frekuensi statis yang ditentukan dokter di ruang bedah, tanpa memperhitungkan apakah otak pasien saat itu sedang membutuhkan modulasi atau tidak.

Sejumlah sistem mutakhir memang mulai beralih ke arsitektur loop tertutup (closed-loop) yang mampu membaca sinyal balik saraf sebelum melepas arus listrik. Kendati demikian, sebagian besar implan adaptif komersial hanya mengandalkan sensor perekaman dari satu titik elektroda lokal. Pendekatan saluran tunggal ini memadai untuk mendeteksi osilasi motorik di ganglia basalis, tetapi lumpuh ketika harus membaca fluktuasi suasana hati (mood) atau ledakan kecemasan yang melibatkan pertukaran informasi dinamis antarwilayah korteks.

LogSync membalik paradigma tersebut. Menggunakan susunan 32 kanal perekaman saraf simultan, sirkuit pada cip mengekstrak biomarker yang merepresentasikan kekuatan gelombang otak sekaligus derajat sinkronisasi fase sinyal di antara dua wilayah saraf yang berbeda. Ketika sistem mendeteksi lonjakan atau penurunan sinkroni yang menjadi penanda munculnya gejala psikiatris, algoritma klasifikasi di dalam silikon secara instan memicu perintah pelepasan stimulus listrik untuk menyeimbangkan kembali ritme sirkuit saraf tersebut.

Komputasi Domain Logaritmik untuk Memangkas Daya

Tantangan terberat dalam merancang cip implan otak terletak pada anggaran daya dan disipasi termal. Jaringan otak manusia sangat rentan terhadap kenaikan temperatur. Pengoperasian prosesor bertenaga baterai di dalam tengkorak kepala tidak boleh memancarkan panas yang melebihi batas fisiologis agar tidak merusak jaringan neuron di sekitarnya. Implan saraf konvensional yang mencoba menjalankan komputasi analitik matriks kompleks pada umumnya menghabiskan daya dalam hitungan miliwatt, angka yang terlalu boros dan berisiko bagi perangkat implan kronis berdaya baterai kecil.

Laboratorium INL di bawah School of Engineering dan Neuro-X Institute EPFL menyelesaikan hambatan ini melalui pendekatan ko-desain perangkat keras dan algoritma kecerdasan buatan secara bersamaan. LogSync mengalihkan seluruh pemrosesan aritmatika ke ranah logaritmik (logarithmic arithmetic). Dalam representasi logaritmik, kalkulasi perkalian matriks yang rakus siklus komputasi disederhanakan menjadi operasi penjumlahan dasar.

Penyederhanaan sirkuit ini membuat LogSync mampu memproses sinyal, mengekstrak fitur konektivitas spektral lintas kanal, dan menjalankan model inferensi machine learning terintegrasi dengan total konsumsi daya hanya 196 mikrowatt—kurang dari 0,2 miliwatt. Angka konsumsi daya ini jauh di bawah batas termal keamanan jaringan saraf dan memangkas kebutuhan energi implan hingga sebagian kecil dari kebutuhan chip antarmuka saraf sebelumnya.

Pengujian pada Dataset Manusia dan Uji Coba Hewan

Keandalan LogSync diuji melalui dua jalur validasi. Pertama, peneliti mengumpankan rekaman data elektrofisiologi manusia dari eksperimen psikiatri klinis sebelumnya. Dataset tersebut mencakup respons otak saat subjek menghadapi beban kerja kognitif tingkat tinggi serta rekaman neural saat subjek mengalami bangkitan emosi akibat stimulasi visual. Algoritma pembelajaran mesin di dalam cip berhasil membedakan status kognitif aktif dan status bangkitan emosional secara akurat hanya berdasarkan biomarker konektivitas jejaring otak.

Kedua, tim memvalidasi fungsi modulasi adaptif pada hewan uji tikus di laboratorium University of Minnesota. Dalam pengujian in vivo tersebut, implan LogSync memantau osilasi gelombang saraf secara berkelanjutan dan berhasil melepaskan pulsa stimulasi listrik yang terkunci pada fase siklus gelombang tertentu (phase-locked stimulation) tanpa jeda latensi yang merusak ritme sirkuit.

Inisiatif pengembangan cip ini didukung oleh pendanaan senilai 6,6 juta franc Swiss dari National Institute of Mental Health (NIMH) Amerika Serikat serta hibah ERC Starting Grant melalui Sekretariat Negara Swiss untuk Pendidikan, Riset, dan Inovasi (SERI). Algoritma representasi saraf LogSync juga diperluas melalui arsitektur pembelajaran mandiri (self-supervised learning) lintas kanal spasio-temporal bernama RECTOR yang dipresentasikan pada International Conference on Machine Learning (ICML) 2026.

Meski demikian, LogSync saat ini masih berstatus purwarupa penelitian laboratorium. Periset belum mengujinya pada uji klinis manusia jangka panjang untuk intervensi terapeutik langsung. Upaya translasi teknologi dari meja riset silikon menuju uji klinis medis kini diarahkan melalui Infera Neuro, sebuah perusahaan rintisan spin-off bentukan EPFL yang dipimpin Shoaran bersama rekan penelitinya. Langkah ini menjadi penanda bahwa perangkat antarmuka saraf masa depan tidak lagi bertumpu pada sekadar menambah kerapatan elektroda jarum, melainkan pada kemampuan silikon mengolah bahasa komunikasi jaringan otak tanpa membakar jaringan di sekitarnya.

--- *Sumber:* - [EPFL News: Neural chip decodes interactions between brain regions](https://actu.epfl.ch/news/neural-chip-decodes-interactions-between-brain-r-2/) - [IEEE Journal of Solid-State Circuits: LogSync: A Low-Power Logarithmic SoC for Cross-Regional Synchrony Extraction and Adaptive Psychiatric State Classification](https://doi.org/10.1109/JSSC.2026.3728617) - [ICML 2026: RECTOR: Masked Region-Channel-Temporal Modeling for Affective and Cognitive Representation Learning](https://proceedings.mlr.press/v306/liu26dt.html)