Alzheimer’s Disease (AD) merupakan penyakit neurodegeneratif progresif yang ditandai dengan menurunnya fungsi memori dan kemampuan kognitif. Penyakit Alzheimer disebabkan karena kerusakan neuron akibat adanya akumulasi plak beta amyloid (Ab) dan neurofibrillary tangles (NFTs) di dalam neuron. Kondisi ini menyebabkan transmisi sinyal kelistrikan dalam otak menjadi terhambat dan terjadi perubahan tingkat kompleksitas serta ketidakteraturan sinyal otak. Sinyal otak merupakan sinyal biologis yang bersifat non-stasioner, memiliki kompleksitas yang tinggi dan berperilaku dinamis. Salah satu biomarker yang digunakan untuk mendeteksi AD adalah functional neuroimaging berbasis pengukuran sinyal elektrofisiologi. Contoh modalitas functional neuroimaging yang menggunakan prinsip elektrofisiologi adalah Brain ECVT dan EEG. Kedua modalitas tersebut memiliki kesamaan dalam hal sifatnya yang non-radiatif, non-invasif, mobile dan murah, sehingga sangat potensial digunakan untuk melakukan screening potensi AD pada populasi yang besar.

Dosen Prodi Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Kalijaga, Nita Handayani, S.Si., M. Si., melakukan penelitian observasi abnormalitas fungsional otak pada penderita AD sehingga diperoleh karakteristik aktivitas kelistrikan otak berdasarkan citra Brain ECVT dan sinyal EEG sebagai dasar deteksi dini AD. Karya riset Doktoral Nita Handayani berjudul “Karakterisasi Citra Brain ECVT dan Sinyal EEG Pada Penderita Mild Alzheimer’s Disease Untuk Deteksi Dini Alzheimer” dipresentasikan untuk meraih gelar Doktor pada Sekolah Pascasarjana Institute Teknologi Bandung (ITB), di Rektorat ITB (Gedung ANNEX), Rabu, 4/7/2018.

Ditemui di ruang kerjannya, di kampus Fakultas Sains dan Teknologi, UIN Sunan Kalijaga, selepas pelaksanaan sidang promosi terbuka, putra kelahiran Pati ini menuturkan, ia melakukan penelitian ini selama hampir 3 tahun (9/14 s.d. 7/17). Penelitian alumni SMA Negeri Pati, S1 Fisika UNS dan S2 Fisika UGM ini berjalan sukses dengan dipromotori oleh Prof. Idam Arif, Dr. Siti Nurul Khotimah, Dr. Warsito Purwo Taruno, M.Eng. (CTech Labs PT Edwar Technology).

Dalam risetnya Nita melakukan pengambilan data Brain ECVT dan EEG di beberapa tempat diantaranya Panti Jompo Muhammadiyah Bandung. Persiapan dan pengolahan data penelitian dilakukan di Laboratorium Biofisika FMIPA ITB. Dilanjutkan pengembangan performa modalitas Brain ECVT dilakukan di Laboratorium Neuroscience CTech Labs PT Edwar Technology Tangerang.

Menurut Nita, penelitiannya terdiri atas dua skema yaitu observasi aktivitas kelistrikan otak dengan menggunakan Brain ECVT dan analisis Quantitative EEG (QEEG). Tahapan penelitian Brain ECVT meliputi proses akuisisi data, rekonstruksi citra dan analisis citra ECVT. Pada penelitian ini, subjek uji terdiri dari 10 penderita Mild Alzheimer dan 12 subjek lansia normal sebagai kontrol. Seluruh subjek uji discreening menggunakan MMSE dan MoCA untuk menilai kemampuan kognitif.

Proses perekaman data Brain ECVT dilakukan dengan sensor 32-elektroda berbentuk helm. Metode rekonstruksi citra yang digunakan dalam penelitian adalah ILBP (Iterative Linear Back Projection) untuk memperoleh citra aktivitas cortico-cortical otak dan average substraction untuk memperoleh citra aktivitas intracranial otak. Perbedaan citra ECVT antara kelompok AD dan kelompok kontrol dianalisis berdasarkan tiga kriteria citra yaitu SIE (Spatial Image Error), DE (Distribution Error), dan CC (Correlation Coefficient) serta uji ekstraksi ciri orde satu. Kolmogorov-Smirnov test, sebuah uji statistik non-parametrik digunakan untuk membandingkan distribusi grey level dari dua buah citra secara statistik dengan level signifikansi sebesar 5%. Berdasarkan hasil analisis kriteria citra diperoleh nilai rata-rata dari SIE, DE dan CC masing-masing sebesar 12,86%, 3,77% dan 83,21% untuk kelompok AD serta sebesar 10,42%, 2,80% dan 87,04% untuk kelompok kontrol. Secara statistik, terdapat perbedaan yang signifikan antara citra ECVT kelompok AD dan kelompok kontrol terutama pada frame ke-10 sampai dengan frame ke-25.

Skema yang kedua yaitu perekaman aktivitas kelistrikan otak dengan menggunakan EEG. Tahapan penelitian pada bagian ini meliputi proses perekaman data, pre-processing sinyal EEG dan analisis data EEG. Metode QEEG yang digunakan untuk analisis data mencakup FFT dan transformasi wavelet, analisis spektral daya dengan periodogram Welch, brain mapping spektral daya, analisis konektivitas fungsional otak serta analisis kompleksitas sinyal otak. Perekaman data EEG menggunakan Emotiv Epoc 14-elektroda dengan frekuensi sampling sebesar 128 Hz. Berdasarkan analisis spektral daya, diperoleh informasi bahwa untuk kondisi rileks (resting state) pada kelompok AD terjadi peningkatan spektral daya pada pita frekuensi delta (1-4 Hz) dan theta (4-7 Hz) serta penurunan spektral daya pada pita frekuensi alpha (7-13 Hz) dan beta (13-30 Hz).

Studi konektivitas fungsional otak dalam penelitian ini menggunakan dua metode yaitu metode linier (koherensi) dan metode non-linier (fase sinkronisasi). Analisis koherensi dibagi menjadi dua kategori yaitu koherensi intra-hemisphere dan koherensi inter-hemisphere. Berdasarkan hasil penelitian, pada kelompok AD terlihat adanya penurunan koherensi intra-hemisphere terutama pada area temporo-parieto-occipital dan penurunan koherensi inter-hemisphere pada area frontal. Hal ini dikarenakan pada penderita AD mengalami penurunan connectivity cholinergic antara area otak yang berbeda. Selanjutnya analisis fase sinkronisasi sinyal EEG dilakukan dengan menghitung nilai PLV (Phase Locking Value) pada area yang terkait dengan long cortico-cortical connection untuk pita frekuensi tinggi yaitu alpha dan beta. Berdasarkan hasil perhitungan, nilai PLV pada penderita AD untuk frekuensi beta mengalami penurunan pada semua elektroda. Hal ini berarti bahwa sinkronisasi sinyal-sinyal EEG melemah sehingga dapat dikatakan bahwa pada penderita AD mengalami “loss of beta-band synchronization”.

Metode analisis kompleksitas sinyal EEG menggunakan dua besaran fisis yaitu LLE (Largest Lapunov Exponent) dan spektral entropi (SpecEn). Otak dianggap sebagai sistem dinamis yang chaos karena amplitudonya berubah secara random terhadap waktu. Berdasarkan hasil analisis diperoleh informasi bahwa kelompok AD memiliki tingkat chaos yang lebih rendah dibandingkan kelompok kontrol, yang teramati pada elektroda AF3, F7, FC5, P8, T8, F4, F8, dan AF4. Sedangkan perbedaan nilai spektral entropi teramati pada elektroda P8, F4 dan AF4. Sehingga dapat dikatakan bahwa sinyal otak penderita AD memiliki tingkat kompleksitas dan ketidakteraturan yang rendah.

Dari hasil penelitiannya, ibu 2 anak dari suami Muhammad Sutiyono, S.E. ini berkesimpulan bahwa modalitas Brain ECVT dan EEG dapat digunakan sebagai piranti deteksi dini AD tahap awal. Kedua modalitas tersebut dapat memberikan gambaran abnormalitas fungsional otak pada penderita AD secara komprehensif dan bersifat saling melengkapi. Analisis Brain ECVT menghasilkan citra aktivitas kelistrikan pada area cortico-cortical dan intracranial sedangkan analisis EEG menghasilkan informasi perubahan karakteristik sinyal otak pada AD dibandingkan dengan subjek kontrol. Menurut Nita, deteksi dini AD sangat penting agar ketika muncul gejala AD dapat segera diberikan pengobatan dan terapi yang tepat.

Nita merasa bersyukur bisa menyelesaikan penelitiannya Doktoralnya dan dinyatakan lulus dengan predikat Cumloude, IPK 4.00, dari tim penguji; Dr.rer.nat. Freddy Haryanto, Dr. dr. Sahudi Sp. KL (Fakultas Kedokteran Unair), dan Prof. Tati L.R. Mengko (STEI ITB), yang menurutnya penuh tantangan. Namun Allah SWT selalu memberi kemudahan karena keyakinannya. Bahkan banyak memberikan hikmah, kata Nita. Karena dalam 3 tahun proses penelitian, Nita juga dapat mengikuti puluhan kegiatan konferensi dan workshop, baik level nasional maupun internasional, sehingga memperbanyak networking untuk melakukan kolaborasi riset. “Saya aktif pada forum yang mengkaji bidang Biofisika dan Fisika Medis diantaranya yaitu South East Asian Federation of Organizations for Medical Physics (SEAFOMP) dan Pertemuan Ilmiah Tahunan Fisika Medis dan Biofisika. Sehingga memudahkan penelitian saya di bidang Biofisika dan Fisika Medis, yang mengkaji tentang aplikasi ilmu fisika untuk menyelesaikan permasalahan bidang medis ini,” jelas Nita.

Dengan Keberhasilannya ini, Nita berhak menyandang gelar Doktor bidang Fisika Medis, dan memberi kekuatan baru bagi pengembangan akademik Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Kalijaga Yogyakarta. (Weni)