Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Sistem saraf otonom (SSO) disusun oleh kumpulan neuron yang melintasi baik sistem saraf sentral maupun perifer, mengatur aktivitas refleks dan motorik viseral serta perilaku emosional. Istilah tersebut sebenarnya kurang tepat sebab pada dasarnya sistem saraf otonom tetap bekerja dalam kontrol masukan dari korteks serebral sehingga terwujud kesetimbangan kondisi internal tubuh atau disebut pula homeostasis. SSO terdiri dari serabut aferen dan eferen serta neuron sentral di korda spinalis, batang otak, diensefalon dan otak besar. Secara fungsional, SSO dibagi atas dua bagian besar yakni simpatik dan parasimpatik. Sebagian besar organ tubuh dipersarafi oleh serat-serat kedua subsistem tersebut dan umumnya bekerja secara antagonistik (Arslan, 2001). Salah satu organ terpenting yang dikendalikan oleh SSO adalah jantung. Saraf eferen jantung yang berfungsi untuk mempengaruhi ritme jantung adalah serabut parasimpatik dari n. vagus dan serabut simpatik. Denyut jantung diturunkan oleh serabut vagal yang berakhir pada nodus sinoatrial (SA) dan ditingkatkan oleh serabut simpatik melalui adrenoseptor-β1. Setiap potensial aksi pada nodus SA mengakibatkan terjadinya suatu denyut jantung dan frekuensi impuls potensial pemacu menentukan frekuensi potensial aksi tersebut (Despopoulos dan Sibernagl, 2000). Mekanisme respons otonomik terhadap stimulasi eksternal tubuh dapat direprentasikan oleh perubahan variabilitas laju jantung. Istilah laju digunakan dalam hal ini untuk lebih menitikberatkan aspek frekuensi yang akan dikaji. Variabilitas laju jantung (Heart Rate Variability) untuk selanjutnya akan disebut sebagai VLJ mendeskripsikan variasi antara denyut jantung yang berurutan. Variabilitas Laju Jantung (VLJ) adalah suatu istilah yang disepakati sejak tahun 1996 untuk mendeskripsikan variabilitas laju jantung melalui fluktuasi interval RR. Metode tersebut pertama kali digagas oleh Hon dan Lee (1965) yang menyatakan bahwa distres janin didahului oleh perubahan interval antar denyut 1
sebelum perubahan laju jantung itu sendiri. Selanjutnya metode tersebut diterapkan sebagai prediktor yang kuat untuk mortalitas pasca serangan infark miokard akut sejak akhir tahun 1980. Secara umum, metode analisis VLJ terbagi dua, yakni berdasarkan domain waktu dan domain frekuensi. Gambar I.1. Sketsa integrasi fungsi otonomik tubuh Lokasi integrasi utama SSO adalah pada hipotalamus. Hipotalamus adalah pusat yang mengatur semua proses otonom dan berbagai proses endokrin dalam tubuh, serta merupakan bagian yang tak terpisahkan dari sistem limbik, sedangkan sistem 2
limbik merupakan gabungan antara struktur kortikal dan subkortikal yang saling terkait dan memiliki peran utama dalam pengaturan kondisi emosional yang menyertai respons fisiologis, perilaku dan psikologis. Dalam hal ini termasuk regulasi atas stimulus eksternal yang akan mempengaruhi SSO (Hendelman, 2006). Stimulus mencapai tubuh dalam berbagai bentuk energi dan mencapai sistem saraf pusat melalui reseptor organ sensoris utama dan kulit. Gambar I.2. Sinyal EKG normal dan interval RR Pada perekaman EKG secara kontinu, interval RR didapatkan sebagai parameter dasar analisis dalam domain waktu. Dalam VLJ, istilah RR dapat digantikan dengan NN (normal to normal) yang bermakna interval antar kompleks EKG yang terdeteksi. Analisis tersebut kemudian dapat dibagi secara statistik atau geometrik. Durasi pengukuran secara konvensi terbagi dua yakni jangka pendek, yaitu 5 menit, dan jangka panjang, yakni 24 jam. Pengukuran secara statistik lebih sering digunakan untuk perekaman jangka pendek atau menengah. Pengukuran dalam domain frekuensi menggunakan analisis kerapatan spektral daya atau power spectral density (PSD), yakni bagaimana daya (varians) didistribusikan sebagai fungsi frekuensi. Metode untuk kalkulasi PSD dapat dibagi atas parametrik dan non parametrik. Komponen spektral yang digunakan dalam domain frekuensi diambil dari perekaman selama 2 5 menit dan terbagi atas very low frequency (VLF), low frequency (LF) dan high frequency (HF). 3
Distribusi daya dan frekuensi sentral LF dan HF tidak tetap melainkan dapat berubah-ubah tergantung modulasi otonomik terhadap periode jantung. Hal yang patut diingat adalah keempat komponen HRV tersebut mencerminkan derajat modulasi otonomik dan bukan tingkatan tonus otonom. Mekanisme regulasi VLJ berasal dari sistem saraf simpatik dan parasimpatik sehingga VLJ dapat dijadikan sebagai penanda (marker) kuantitatif sistem saraf otonom. Berdasarkan analisis spektral, terdapat beberapa komponen yang memiliki interpretasi fisiologis sesuai konsensus yang dihasilkan oleh Task Force of the European Society of Cardiology and the North American Society of Pacing and Electrophysiology (1996), yakni very-low frequency (VLF; 0,04 Hz atau 0,003 0,04 Hz), low-frequency (LF; 0,04 0,15 Hz) mewakili simpatik barorefleks, high-frequency (HF; 0,15 0,4 Hz) mewakili parasimpatik, dan ultralow frequency (ULF; 0,0001 0,003 Hz). Selain itu, terdapat metode yang digunakan untuk mendeteksi korelasi rentang panjang (24 jam) pada data seri waktu yang nonstasioner dan berderau, yakni metode Detrended Fluctuation Analysis (DFA) (Perfetto dkk., 2006). Makna komponen spektral tersebut secara klinis dikaitkan dengan modulasi otonomik dan kondisi patologis spesifik (Huikuri, 1999). Aktivitas vagal adalah kontributor utama untuk komponen HF, sedangkan aktivitas simpatik dicerminkan oleh komponen LF. Rasio LF/HF diyakini sebagai refleksi keseimbangan simpatovagal (Tikkanen, 1999; Grasso dkk., 1997; Schelven dkk., 2000). Aktivitas otonomik tersebut dipengaruhi oleh stimulus eksternal sebagaimana diterakan pada gambar I.1. Salah satu stimulus yang terpopuler dan tersering adalah musik. Musik telah menjadi bagian tak terpisahkan bagi setiap makhluk hidup, baik diinginkan maupun tidak diinginkan. Bahkan semasa janin pun, musik paling primitif yang didengar adalah bunyi detak jantung sang ibu. Musik adalah susunan bunyi yang diterima oleh individu dan berbeda-beda berdasarkan sejarah, lokasi, budaya dan selera seseorang. Definisi sejati tentang musik juga bermacammacam, misalnya musik diartikan sebagai bunyi yang dianggap enak oleh 4
pendengarnya atau bahkan musik dianggap tidak berwujud sama sekali. Keterkaitan musik terhadap kehidupan manusia telah banyak diungkapkan oleh berbagai peneliti, contohnya musik dapat meningkatkan citarasa seseorang terhadap makanan atau minuman tertentu, mempercepat restorasi dan rehabilitasi pasien stroke, memicu gairah seksual, membantu penguatan struktur gigi dan mempermudah proses kelahiran janin (Kompas, 2008). Musik berkaitan erat dengan status psikologi manusia. Kenyataan bahwa musik dapat terkait emosi atau mood tertentu adalah fakta yang umum diketahui dan tidak dapat dibantah (Meyers, 2004). Berbagai penelitian eksperimental telah dilakukan oleh psikolog musik terkemuka, di antaranya adalah Hevner (1936) yang telah memaparkan bahwa musik dapat digolongkan berdasarkan delapan kluster kata sifat. Pada umumnya penelitian-penelitian selanjutnya tentang hubungan musik dan tubuh dilakukan menggunakan pendekatan psikologi, namun tidak banyak didapatkan pendekatan neurofisiologi untuk mengeksplorasi hal tersebut. Metode analisis variabilitas laju jantung sebagai representasi modulasi status otonomik seseorang merupakan metode yang relatif lebih mudah diaplikasikan daripada pemeriksaan elektroensefalografi. Ketersediaan perangkat lunak aplikasi metode tersebut diharapkan dapat memberikan kontribusi dalam penelitian pengaruh musik terhadap fungsi otonomik seseorang meskipun hingga kini jumlahnya masih sangat terbatas dan cenderung bersifat komersial. Al-Quran sebagai kitab suci pedoman para pemeluk Islam memiliki keistimewaan tersendiri. Membaca dan mendengarkan Quran dapat memberikan suatu ketenangan hati dan efek autosugesti. DR. Ahmad Al-Qadhi (1986), seorang dokter sekaligus peneliti dari Amerika Serikat telah melakukan penelitian tentang pengaruh Al-Quran pada manusia dalam perspektif fisiologis dan psikologis yang bertujuan untuk menentukan kemungkinan pengaruh Al Quran pada fungsi organ tubuh sekaligus mengukur intensitas pengaruhnya jika ada. Hasil eksperimen tersebut membuktikan bahwa 97% responden, baik muslim maupun non-muslim, baik yang mengerti bahasa Arab maupun tidak, mengalami beberapa perubahan fisiologis bermakna yang lebih baik daripada tidak mendengarkan Al-Quran. 5
Dilaporkan pula bahwa Al-Quran memiliki pengaruh positif yang signifikan dalam menurunkan ketegangan (stres) serta hal tersebut dapat dicatat dan diukur secara kuntitatif maupun kualitatif. Pembacaan Quran secara tepat mengikuti aturan baku yang berlaku, yakni tajwid, dapat menghasilkan suatu fenomena musikal yang khas dan menyebabkan suasana emosi yang teduh bagi pendengarnya. I.2 Rumusan Masalah dan Hipotesis Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, masalah yang ditemukan adalah sebagai berikut: 1. Dibutuhkan sebuah perangkat lunak interaktif yang dibutuhkan untuk eksperimen respons otonomik individu dengan penerapan metode analisis variabilitas laju jantung. 2. Bagaimanakah respons otonomik tubuh yang direpresentasikan oleh analisis variabilitas laju jantung terhadap stimulus eksternal auditorik berupa musik dan lantunan Quran serta perbedaan respons tersebut antara musik dan lantunan Quran. 3. Bagaimanakah hubungan respons otonomik yang terjadi dengan kekerapan mendengarkan dan preferensi seseorang terhadap musik dan lantunan Quran. Penelitian yang dilakukan didasarkan pada sebuah hipotesis yang ditegakkan dan hendak dibuktikan, yakni: Bahwa respons otonomik tubuh terhadap musik dan lantunan Quran dapat dievaluasi menggunakan perangkat lunak analisis variabilitas laju jantung. I.3 Tujuan dan Manfaat Tujuan pelaksanaan penelitian dalam kerangka tesis diterakan dalam tujuan umum dan khusus. Tujuan umum adalah mengetahui peranan perangkat lunak dalam mendeteksi respons otonomik individu terhadap stimulus eksternal auditorik berupa musik dan lantunan Quran. 6
Tujuan khusus: 1. Membuat perangkat lunak yang optimal dan mudah digunakan untuk implementasi analisis VLJ sesuai kebutuhan dan menampilkan respons otonomik atas stimulus tersebut. 2. Mendapatkan hubungan antara preferensi individu terhadap musik tertentu dan lantunan Quran dengan respons otonomik yang ditimbulkan. 3. Mendapatkan perubahan respons otonomik terhadap musik bertipe lembut dan musik bertipe keras. 4. Mendapatkan hasil analisis respons sampel populasi terhadap tipe stimulus yang diberikan dan respons tersebut secara individual. 5. Membuktikan bahwa lantunan Quran dapat memberikan respons otonomik. Manfaat penelitian: 1. Memberikan sumbangsih ilmu pengetahuan mengenai respons otonomik tubuh terhadap musik dan stimulus auditorik lainnya menggunakan perangkat lunak dengan mengembangkan sistem neurofeedback berdasarkan analisis VLJ secara off-line. 2. Menghasilkan perangkat lunak yang dapat digunakan untuk meneliti respons otonomik lainnya. 3. Menghasilkan perangkat lunak untuk: Inovasi metode psikoterapi melalui stimulus musik yang sesuai kebutuhan mood pada pasien. Memberikan kontribusi ilmiah bahwa Quran memberikan energi positif pada manusia bila dilantunkan secara baik dan nyaman didengar. Memberikan masukan bagi terapi stress dan kelainan psikis lainnya yang disebabkan pengaruh sistem saraf otonom secara non medikamentosa. I.4 Batasan Masalah Penelitan yang dilakukan memiliki batasan masalah sebagai berikut: 1. Respons otonomik yang akan dikaji merupakan perubahan parameter simpatik dan parasimpatik pada jantung. 7
2. Stimulus musik dipilih menurut kriteria tertentu dan disesuaikan dengan pelabelan mood oleh situs www.allmusic.com. 3. Subyek penelitian dipilih secara purposif sebab pada dasarnya penelitian ini ditujukan untuk implementasi awal perangkat lunak analisis VLJ untuk respons musikal. 4. Metode analisis spektral yang digunakan adalah non parametrik dan parametrik, namun sesuai kebutuhan penelitian maka yang digunakan adalah non parametrik. 5. Pembuatan perangkat lunak menggunakan program Matlab v 7.5 sehingga keterbatasan program juga menjadi keterbatasan perangkat lunak yang dibuat. 6. Data interval R-R didapatkan dengan menggunakan perangkat keras yang telah tersedia di lab, yakni Biopac, sehingga pada dasarnya percobaan tidak dapat dilakukan secara real-time. 7. Penelitian dalam mode tidur sebagai acuan basal tidak dilakukan. 8. Penggunaan perangkat lunak yang telah dirilis secara terbuka di internet dan diberikan izin oleh Universitas Kuopio, Finlandia untuk digunakan dalam penelitian ini dijadikan sebagai acuan pembuatan perangkat lunak versi peneliti. I.5 Diagram Blok Sistem Penelitian BIOPAC EKG lead II Interval R-R SOFTWARE ANALISIS Respons Otonomik Subyek Gambar I.3. Diagram blok sistem penelitian Penelitian ini dilakukan dengan melibatkan tiga komponen utama, yakni subyek penelitian, perangkat keras dan perangkat lunak, serta ditambah dengan satu modul pemutar musik dan suara lainnya. Secara lebih mendetil ketiganya dipaparkan sebagai berikut: 8
Subyek: Subyek adalah seseorang yang dipilih berdasarkan kriteria inklusi berikut: a. Mahasiswa pascasarjana ITB berusia dewasa muda kisaran 25 40 tahun. b. Tidak didiagnosis sebelumnya memiliki gangguan jantung, pernapasan, saraf, pendengaran dan organ otonom lainnya secara permanen dan mengalami eksaserbasi akut saat atau selama menjalani percobaan. c. Saat menjalani penelitian dalam kondisi mood stabil. d. Bersedia bekerja sama dengan baik dan ikhlas mengikuti prosedur penelitian. Perangkat keras: Perangkat keras yang digunakan adalah BIOPAC. Alat tersebut telah tersedia di laboratorium Teknik Biomedika ITB dan mendapat legitimasi sebagai instrumen penelitian biomedika. Satu fitur yang dimanfaatkan adalah modul elektrokardiografi (EKG). Sadapan yang digunakan adalah sadapan tunggal pada lead II, dengan alasan bahwa sadapan tersebut adalah yang paling optimal untuk merefleksikan dinamika elektrik jantung pada orang normal. Perangkat lunak: Bagian ini adalah sebuah program yang dibuat sendiri oleh peneliti. Sebagai masukan (input) adalah data interval R-R dalam format teks (*.txt) yang akan diolah (process) oleh program sehingga menghasilkan keluaran (output) berupa kesimpulan respons otonomik atas subyek yang diteliti. Secara garis besar, program terdiri dari beberapa modul, yakni interpolasi data diskrit, analisis spektral dengan penyaringan derau, analisis dengan teknik detrended, dan statistik hasil. Semua modul tersebut sedapat mungkin ditampilkan secara GUI dan hasil akhir berupa respons otonomik dapat dipahami oleh pengguna awam. Bahasa program yang digunakan adalah Matlab v 7.5. Respons otonomik: Respons yang dimaksud dalam hal ini adalah perubahan parameter simpatik dan parasimpatik akibat perlakuan stimulus auditorik terhadap subyek. Perubahan yang dimaksud dalam hal ini adalah deviasi numerik dari kondisi sebelum diberi 9
perlakuan atau kondisi terakhir perubahan sebelumnya. Deviasi tersebut ditampilkan secara kuantitatif menurut rasio perubahan komponen daya spektral, serta kualitatif, yakni meningkat, tetap atau menurun. Modul stimulus auditorik: Subyek mengenakan earphone jenis insert agar meminimalkan derau yang dapat terjadi. Stimulus auditorik adalah musik dan suara lantunan Quran. Pilihan musik ditentukan sebelumnya oleh peneliti yang dibagi atas musik jenis lembut dan keras. Musik dikelompokkan dalam dua jenis lain, yakni lagu dan musik instrumental. Format musik adalah MP3 yang dijalankan dengan pemutar musik Winamp v 5.33 dan diperdengarkan dengan durasi lengkap. Khusus mengenai suara lantunan Quran, metode yang dipilih adalah murottal oleh Imam Ali Al- Hudhaify dan surat adalah bagian awal dari Al-Baqoroh. Tahapan stimulus dibagi dalam empat tahap perlakuan dan masing-masing stimulus tersebut diperdengarkan selama lima menit. Apabila durasi musik tidak sampai lima menit, maka pemutaran diulang secara otomatis dengan pemilihan tombol repeat track. I.6 Metodologi Penelitian Tahapan kegiatan yang dilakukan dalam pelaksanaan penelitian tesis secara umum dijelaskan sebagai berikut: 1. Studi literatur Berupa penelusuran studi pustaka baik dari perpustakaan atau internet mengenai jaras pendengaran, integrasi sentral dan sistem limbik, fungsi otonom, EKG dan fisiologi jantung, pemrosesan sinyal digital, analisis spektral, detrending, bahasa pemrograman, musik dan auditorik, serta pengukuran variabilitas laju jantung. 2. Pembelajaran perangkat lunak acuan Berupa ikhtiar mempelajari algoritma, performa dan rahasia pemrograman yang digunakan pada perangkat lunak acuan untuk dapat dikembangkan selanjutnya. 10
3. Penetapan algoritma Berupa pemilihan langkah-langkah yang dibutuhkan untuk memproses data interval RR sehingga didapatkan hasil akhir yang optimal. 4. Pengembangan perangkat lunak Berupa implementasi dari algoritma yang telah ditetapkan sebelumnya ke dalam bahasa program dan tampilan antarmuka yang menarik. 5. Persiapan subyek penelitian Berupa pemilihan subyek berdasarkan kriteria yang telah dijelaskan sebelumnya. Subyek dipilih tidak secara acak. Subyek dihubungi sebelumnya dan diminta secara ikhlas untuk mengisi kuisioner dan lembar persetujuan penelitian. Format lembar tersebut dapat dilihat pada lampiran laporan ini. 6. Pengujian Berupa pengumpulan data interval RR yang dilakukan di laboratorium Teknik Biomedika ITB pada naracoba. Naracoba diminta untuk mengisi kuesioner sebelum percobaan dilakukan. Naracoba lalu diminta istirahat terlentang dan dipasangkan perangkat keras yang diperlukan. Naracoba lalu diperdengarkan empat tahapan stimulus musik dengan catatan agar tetap menutup mata dan tidak bergerak selama setiap tahap. Durasi keseluruhan adalah 40 menit ditambah jeda di antaranya sekitar 2 hingga 3 menit. Jeda tersebut digunakan untuk mengisi formulir respons yang telah disediakan. Secara lebih detil langkah-langkah ini dijelaskan dalam Bab III. 7. Analisis hasil pengujian Berupa pengolahan data interval RR yang terkumpul dari sejumlah subyek menggunakan program perangkat lunak yang telah dibuat sebelumnya. Pengolahan tahap awal menggunakan program HRVAnalysis yang telah diunduh sebelumnya sebagai acuan. Selanjutnya, penyempurnaan alur dan bahasa program dilakukan untuk mendapatkan hasil yang sedapat mungkin identik dengan hasil acuan. Data yang diperoleh juga diolah menggunakan bantuan program pengolah statistik SPSS v 16.0 for Windows. 11
8. Penyusunan laporan penelitian Berupa pembuatan buku tesis yang memuat seluruh tahapan yang dijelaskan sebelumnya dan mengikuti format aturan penulisan yang telah ditetapkan oleh ITB. I.7 Sistematika Penulisan Laporan Tesis Laporan tesis ini terbagi menjadi lima bab. Penjelasan mengenai masing-masing bab secara singkat dijabarkan sebagai berikut: Bab I Pendahuluan; membahas mengenai latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan dan manfaat, batasan masalah, diagram blok, metodologi penelitian dan sistematika penulisan laporan tesis. Bab II Teori Dasar; menjelaskan berbagai teori dasar yang digunakan sebagai acuan dalam melakukan perancangan dan realisasi sistem yang dibagi dalam tiga bagian besar yakni aspek medis, aspek teknik dan seputar psikologi musik. Aspek medis meliputi teori tentang anatomi dan fisiologi sistem otonom, anatomi dan fisiologi jantung, dasar-dasar EKG, stimulus mental auditorik. Sedangkan aspek teknik meliputi interpolasi, analisis spektral, pengukuran variabilitas laju jantung, periodogram. Aspek musik yang dibahas tidak ditekankan pada teori musik, melainkan pengaruh musik terhadap psikis dan klasifikasi mood. Bab III Perancangan Sistem; membahas tentang perancangan perangkat lunak, protokol eksperimen dan uji statistik yang akan digunakan. Bab IV Pengujian dan Analisis Sistem; menjelaskan mengenai pengujian subyek penelitian sesuai protokol yang ditetapkan dan analisis data yang diperoleh dengan dukungan program yang telah dibuat dan SPSS v 16.0 for Windows. Bab V Kesimpulan dan Saran; menjelaskan mengenai kesimpulan menyeluruh terhadap hasil pelaksanaan tesis berdasarkan hasil-hasil yang telah diperoleh dan dijelaskan pada bab sebelumnya, serta membahas hal-hal yang perlu dikaji selanjutnya apabila hendak dilakukan penelitian lebih lanjut. 12