Mengarahkan bau dengan ultrasound

• Hasil eksperimen yang menstimulasi area pemrosesan penciuman di otak menggunakan ultrasound untuk memunculkan sensasi bau tertentu pada manusia
• Transduser dipasang di dahi dan ultrasound difokuskan ke arah bulbus olfaktorius, berhasil mereproduksi empat bau pada dua orang (udara segar, sampah, ozon, api kayu)
• Ultrasound frekuensi rendah 300kHz, kedalaman fokus sekitar 39mm, disetel pada sudut 50~55 derajat untuk mengendalikan lokasi stimulasi secara presisi
• Eksperimen juga mengukur tekanan, indeks mekanis, panas, dan lain-lain untuk verifikasi keamanan, serta menetapkan batas sudut untuk menghindari kerusakan saraf optik
• Dengan stimulasi olfaktorius, penelitian ini mengeksplorasi kemungkinan sebagai kanal input informasi ke otak yang non-invasif, dan membuka potensi pengembangan ke riset stimulasi saraf tingkat tinggi agar di masa depan manusia dapat ‘memahami makna lewat bau’

---

Gambaran eksperimen

• Transduser ultrasound diarahkan ke area pemrosesan penciuman di otak (bulbus olfaktorius) untuk memunculkan berbagai sensasi bau
  • Posisi fokus yang berbeda berkaitan dengan sensasi bau yang berbeda
  • Berhasil direproduksi pada percobaan pertama pada dua peserta, lalu diverifikasi dengan blind test
• Ada empat sensasi yang berhasil diinduksi
  • Bau udara segar yang kaya oksigen
  • Bau sampah seperti kulit buah busuk
  • Bau ozon di dekat ionizer udara
  • Bau api kayu yang sedang terbakar

Pengaturan eksperimen

• Bulbus olfaktorius berada di belakang bagian atas hidung sehingga sulit dijangkau
  • Bagian dalam hidung tidak rata dan berisi udara, sehingga tidak cocok untuk konduksi ultrasound
• Transduser dipasang di atas dahi dan ultrasound diarahkan ke bawah
  • Sinus frontal melemahkan sinyal, tetapi dengan penyesuaian posisi, area target tetap dapat dicapai
• Pada awalnya probe ditahan dengan tangan, tetapi karena stabilitas rendah dibuatlah headset improvisasi
  • Alih-alih gel, digunakan bantalan berbentuk jeli padat untuk menjaga stabilitas dan kenyamanan
  • Pisau ditempelkan dengan selotip pada probe untuk dukungan mekanis (tetap dipertahankan karena alasan pencegahan error perangkat lunak)
  • Metode mouthguard yang memanfaatkan gigi juga sempat dicoba, tetapi dihentikan karena bau tidak dapat dideskripsikan

Pengaturan ultrasound

• Citra MRI Lev digunakan untuk memeriksa posisi fokus dan penyelarasan dengan bulbus olfaktorius
• Kondisi optimal
  • Frekuensi: 300kHz (frekuensi rendah yang cocok untuk menembus tengkorak)
  • Kedalaman fokus: sekitar 39mm
  • Sudut bidik: 50~55 derajat
  • Pulsa: 5 siklus, laju pengulangan 1200Hz
• Pada peserta lain (Albert), efek yang sama juga dikonfirmasi tanpa MRI hanya dengan sedikit penyesuaian posisi

Verifikasi keamanan

• Pengukuran medan keluaran: di tangki air, tekanan 150~250kPa, indeks mekanis maksimum 0,4
  • Intensitasnya satu tingkat digit lebih rendah daripada tFUS biasa, dan masih berada dalam standar keamanan mekanis dan termal
• Menghindari saraf optik: asimetri diminimalkan, dan sudut disesuaikan agar tidak melebihi 15 derajat
  • Karena bulbus olfaktorius sedikit bergeser dari pusat, digunakan sudut lateral sekitar 2 derajat

Hasil

• Kedua peserta sama-sama mengalami empat sensasi tersebut
  • Baunya kuat dan terlokalisasi di sekitar hidung, sedangkan sensasinya lemah dan menyebar
  • Paling kuat terasa saat menghirup napas
  • Salah satu peserta mencium bau sampah dan sempat mengira truk sampah benar-benar datang
• Bau yang berbeda dapat dibedakan dalam rentang pergeseran fokus sekitar 14mm
  • Perbedaan fokus antara bau segar dan bau terbakar sekitar 3,5mm
• Masking auditori (musik diputar lewat AirPods) digunakan untuk menyingkirkan efek plasebo
• Dalam blind test, peserta berhasil membedakan bau berdasarkan posisi fokus
• Meski pergeseran fokus kecil, bau yang berbeda tetap dapat diinduksi, menunjukkan resolusi stimulasi yang melampaui resolusi ultrasound
  • Hal ini disebut sebagai "super-resolution pada neurostimulasi"
• Arah pengembangan berikutnya: perangkat yang stabil, peningkatan frekuensi, serta penyesuaian posisi fokus, ukuran, dan bentuk gelombang

Makna stimulasi olfaktorius

• Stimulasi olfaktorius bukan sekadar merealisasikan bau dalam VR, tetapi juga berpotensi dimanfaatkan sebagai kanal input otak non-invasif
  • Manusia memiliki sekitar 400 jenis reseptor penciuman, dan dapat membedakan perbedaan halus melalui kombinasinya
• Jika kedua lubang hidung digabungkan, secara maksimum bisa menjadi kanal input 800 dimensi, mirip dengan dimensi latent space pada LLM
  • Secara teoretis, makna sebuah paragraf dapat dienkode ke dalam vektor 400 dimensi sehingga memungkinkan ‘memahami makna lewat bau’
• Sistem olfaktorius terhubung langsung ke hipokampus (memori) dan amigdala (emosi) sehingga jalur penyampaian informasinya sederhana
  • Sistem visual memiliki banyak tahap pemrosesan perantara sehingga pendekatan yang sama lebih sulit diterapkan
• Penciuman adalah kanal indra yang lebih jarang digunakan dibanding penglihatan dan pendengaran, sehingga cocok sebagai antarmuka neurostimulasi baru
• Saat ini sudah berhasil mewujudkan empat bau, dan dengan meningkatkan bitrate stimulasi olfaktorius, ada potensi untuk mengekspresikan lebih banyak bau maupun makna
  • "Jika 400 vektor basis semuanya dapat dikendalikan, makna bisa dirasakan sebagai bau"
  • Saat ini baru mencapai 1% pertamanya

Ucapan terima kasih

• Ucapan terima kasih atas masukan dari Raffi Hotter, Aidan Smith, dan Mason Wang

[GN⁺]

Komentar Hacker News

• Saya memprediksi bahwa dalam waktu dekat kita akan hidup tanpa batas di dalam dunia simulasi yang dihasilkan AI
  AI akan membajak sistem saraf kita dan langsung memasok pengalaman yang dibuat secara artifisial
  Melihat hasil riset seperti ini, masa depan itu terasa cukup nyata
  • Sepertinya banyak orang sudah hidup terjebak dalam dunia ilusi yang diciptakan oleh algoritma media sosial
  • Mungkin saja itu sebenarnya sudah terjadi, bukan?
• Akhirnya sepertinya ada kemajuan menuju Smell-o-vision
  • Mungkin Apple memang sudah menunggu momen ini — namanya tentu saja iNose
  • Maksudmu bukan Smelloscope?
• Ini proyek yang benar-benar keren
  Hanya saja postingannya tidak mendapat banyak perhatian, jadi saya ingin memasukkannya ke second chance pool agar bisa naik ke halaman utama sekali lagi
  • Sudah saya tambahkan. Kalau ada tulisan bagus seperti ini yang tenggelam, beri tahu lewat [e-mail] agar bisa dimasukkan ke second-chance pool(tautan penjelasan) dan ditampilkan ulang secara acak
    Bahkan untuk tulisan sendiri pun boleh meminta, tetapi akan lebih baik jika orang lain menemukannya secara kebetulan lalu merekomendasikannya
• Kalau ada perangkat yang membuat kita benar-benar bisa mencium code smell saat code review, sepertinya akan meledak di Kickstarter
  • Kalau begitu, alih-alih bau kode yang buruk, apakah kode yang bagus bisa dibuat beraroma bunga sakura?
  • Sekarang era vibe coding sudah berakhir
• Kalau melihat riset soal penciuman, kemungkinan besar sebagian besar ruang akan dipenuhi bau tidak sedap
  Orang yang mengalami parosmia setelah COVID juga kebanyakan merasakan bau yang buruk
  • Seorang kenalan kehilangan indra perasa setelah stroke ringan, dan katanya semuanya terasa seperti bau kaus kaki lama. Kedengarannya benar-benar mengerikan
  • Saya juga kadang mengalami gejala serupa. Bau seperti bahan kimia muncul sesekali, dan indra perasa hilang
    Menariknya, saya hampir tidak pernah merasakan bau yang sangat tidak menyenangkan. Sebaliknya, saya bisa mendeteksi bau gas
  • Saya juga pernah mengalami selama beberapa minggu terus-menerus mencium bau terbakar saat kena COVID
• Saya rasa di masa depan industri porno akan kembali berada di garis depan inovasi teknologi
  Kombinasi porn + VR + smell akan muncul
  • Saya tidak yakin apakah saya ingin mencium bau seksual yang nyata dari konten seperti itu
    Sebaliknya, ide kolaborasi parfum terdengar menarik — misalnya menonton sambil menyemprot parfum yang dipakai aktornya saat syuting
    Tapi saya ragu merek parfum kelas atas akan menginginkan kolaborasi seperti itu
  • Pi-hole mungkin akan jadi lebih berguna dengan makna yang baru
  • Sepertinya saya kena downvote karena topiknya seperti ini, tapi secara historis industri porno memang yang paling cepat mengadopsi teknologi baru
    Pada tahap awal komersialisasi, sangat mungkin justru sektor inilah yang pertama menerapkannya
  • Saya penasaran apakah bau juga akan diwujudkan dalam 3D
  • Bukannya cukup menyalakan lilin aromaterapi saja?
• Industri video dewasa sepertinya sudah memantau teknologi ini
  Mereka mungkin sebentar lagi akan berinvestasi langsung pada riset terkait. Bisa jadi seperti persaingan VHS vs Betamax
  • Oh, jadi maksudnya riset untuk rangsangan lain, bukan bau
• Diri saya di tahun 2032 hidup di dunia tempat kulkas pintar melakukan A/B testing aroma untuk mengurangi ngemil
  Saya makan satu wortel lalu merasa seperti baru dapat promosi
• Riset ini mengingatkan saya pada teori getaran penciuman
  Vibration theory of olfaction
  • Pada akhirnya semua ini terasa seperti persoalan gelombang atau beat
    Jika memang gelombang, mungkin prinsip harmoni dan disonansi dalam musik juga bisa berlaku
    Katanya Robert Hooke juga pernah memikirkan hal semacam ini — teks asli
  • Saya malah teringat pada teori getaran bahan kimia virtual. Dulu ada cerita sci-fi tentang peluru yang dikendalikan dengan suara agar tidak meledak
• Menarik bahwa pada dua orang, pola rangsangan penciuman yang sama dikenali sebagai bau yang sama
  • Saya juga memikirkan hal yang sama. Seperti halnya warna bisa terlihat berbeda jika dilihat lewat mata orang lain
    Tetapi jika caranya adalah dengan langsung merangsang reseptor penciuman, berarti yang ditiru adalah efek dari rangsangannya sendiri, sehingga konsistensi bisa muncul
  • Mungkin ini karena frekuensi resonansi molekuler