ANALISIS SINYAL ELEKTROENSEFALOGRAFI BERBASIS EEG CONSUMER-GRADE UNTUK UJI TINGKAT STRES DAN BEBAN KOGNITIF SISWA SMA TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh BEKTI AFRE RATRI NIM: 24723004 (Program Studi Magister Pengajaran Fisika) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JANUARI 2025 i ABSTRAK ANALISIS SINYAL ELEKTROENSEFALOGRAFI BERBASIS EEG CONSUMER-GRADE UNTUK UJI TINGKAT STRES DAN BEBAN KOGNITIF SISWA SMA Oleh: BEKTI AFRE RATRI NIM: 24723004 (Program Studi Magister Pengajaran Fisika) Telah dilakukan pengambilan data gelombang otak pada 35 siswa SMAN 2 Cikarang Selatan ketika proses pengerjaan ujian fisika pada rentang Agustus hingga September 2024. Penelitian ini dilakukan untuk mengolah gelombang otak yang dialami oleh siswa pada tiga menit sebelum ujian, 40 menit proses ujian, dan tiga menit setelah ujian terkait pengelolaan stres yang dapat mempengaruhi aktivitas otak dengan ciri perubahan amplitudo dan pergeseran frekuensi dengan menggunakan alat EEG tipe konsumer yaitu Muse 2.0. Pita frekuensi beta (13- 30Hz) untuk lobus frontal memberikan informasi terkait proses berpikir, pemfokusan pada tugas, menyelesaikan masalah. Peningkatan pita frekuensi theta (4-7Hz) dikaitkan dengan peningkatan permintaan sumber daya kognitif, peningkatan kesulitan tugas, dan peningkatan memori. Frekuensi alpha (7-13Hz) menunjukkan sensitivitas terhadap beban kerja mental, kelelahan kognitif. Selain secara objektif dengan EEG, pengukuran beban kognitif siswa juga dilakukan secara subjektif dengan metode NASA-TLX yang hasilnya dapat dihitung secara kuantitatif. Kenaikan rasio daya beta/alpha pada lobus frontal berhubungan dengan peningkatan beban kognitif. Pengolahan selisih rasio daya beta/alpha pada kondisi sebelum dan sesudah ujian membagi subjek menjadi lima kategori yaitu positif 2, positif 1, netral, negatif 1, dan negatif 2. Hasil analisis menunjukkan kondisi beban kognitif yang meningkat dengan batas tertentu pada subjek selama proses ujian memberikan hasil nilai ujian yang lebih rendah dibandingkan kondisi beban kognitif yang netral. Peningkatan nilai gelombang beta selama proses ujian memberikan informasi terkait kondisi individu yang berupaya untuk berinteraksi dengan tugas kognitif secara maksimal. Selisih rasio daya beta/alpha terkorelasi positif dengan peningkatan mental demand yang dirasakan oleh subjek yang mengindikasikan bahwa subjek mengalami beban kognitif yang berlebih selama ujian. Semakin tinggi rasio daya theta/beta, umumnya menunjukkan semakin sulitnya seseorang untuk tetap fokus pada materi tersebut dan melakukan tugas secara bertahap. Korelasi positif terjadi pada hubungan antara indikator frustration pada NASA-TLX dengan selisih rasio daya theta/beta. Kata kunci: Analisis gelombang otak, EEG, beban kognitif siswa, rasio daya theta/beta, rasio daya beta/alpha ii ABSTRACT ELECTROENCEPHALOGRAPHY SIGNAL ANALYSIS BASED ON CONSUMER-GRADE EEG FOR TESTING STRESS LEVELS AND COGNITIVE LOAD OF HIGH SCHOOL STUDENTS Oleh: BEKTI AFRE RATRI NIM: 24723004 (Master’s Program in Physics Teaching) Brain wave data collection was conducted on 35 students from SMAN 2 Cikarang Selatan during the physics exam process from August to September 2024. This study aimed to process the brain waves experienced by students three minutes before the exam, 40 minutes during the exam, and three minutes after the exam concerning stress management that can affect brain activity characterized by changes in amplitude and frequency shifts using consumer type EEG MUSE 2.0. The beta frequency band (13-30Hz) for the frontal lobe provides information related to thinking processes, task focusing, problem-solving, and decision-making. The increase in the theta frequency band (4-7Hz) is associated with increased cognitive resource demand, increased task difficulty, and enhanced memory. The alpha frequency (7-13Hz) indicates sensitivity to mental workload, cognitive fatigue, and increased alpha wave activity is associated with decreased attention and alertness. In addition to objectively using EEG, the measurement of students' cognitive load was also carried out subjectively using the NASA-TLX method, and the results could be calculated quantitatively. An increase in the beta/alpha power ratio in the frontal lobe is associated with increased cognitive load. The processing of the difference in the beta/alpha power ratio before and after the exam categorizes the subjects into five categories: positive 2, positive 1, neutral, negative 1, and negative 2. The analysis results show that increased cognitive load conditions within certain limits in subjects during the exam process result in lower exam scores compared to neutral cognitive load conditions. The increase in beta wave values during the exam process provides information about the condition of individuals who are trying to interact maximally with cognitive tasks. The difference in beta/alpha power ratio is positively correlated with the increase in mental demand felt by the subjects, indicating that the subjects experience excessive cognitive load during the exam. The higher the theta/beta power ratio, the more difficult it is for a person to stay focused on the material and perform tasks gradually. A positive correlation occurs between the frustration sub-scale in NASA-TLX and the difference in theta/beta power ratio. Keywords: Brain wave analysis, EEG, students' cognitive load, theta/beta power ratio, beta/alpha power ratio iv PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis Magister yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada penulis dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin penulis dan harus disertai dengan kaidah ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Sitasi hasil penelitian Tesis ini dapat di tulis dalam bahasa Indonesia sebagai berikut: Ratri, B. A. (2025): Analisis Sinyal Elektroensefalografi Berbasis EEG Consumer- Grade untuk Uji Tingkat Stres dan Beban Kognitif Siswa SMA, Tesis Program Magister, Institut Teknologi Bandung. dan dalam bahasa Inggris sebagai berikut: Ratri, B. A. (2025): Electroencephalography Signal Analysis Based on Consumer- Grade EEG for Testing Stress Levels and Cognitive Load of High School Students, Master’s Thesis, Institut Teknologi Bandung. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v Dipersembahkan kepada orang tua penulis dan adik yang selalu mendukung setiap proses dalam perjalanan menuju magister. So, which favors of your Lord will you deny. (Ar-Rahman:13) vi KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah ﮫﻧﺎﺤﺒﺳ و ﻰﻟﺎﻌﺗ , yang berkat ridho dan karunia-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan penulisan tesis ini tepat waktu. Selama pengerjaan dan penulisan tesis ini, bantuan dan dukungan penulis terima dari berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar- besarnya dan rasa hormat setinggi-tingginya kepada: 1. Prof. Dr. Siti Nurul Khotimah, M.Sc. selaku Dosen Pembimbing, yang telah membimbing, mengajari, dan memberikan masukan serta arahan dalam proses penulisan tesis ini. 2. Prof. Dr. Rizal Kurniadi, S.Si., M.Si. selaku Ketua Program Studi Magister Pengajaran Fisika Institut Teknologi Bandung dan seluruh jajarannya. 3.