近期，一項(xiàng)發(fā)表于《科學(xué)機(jī)器人》（Science Robotics）期刊的研究表明，通過使用機(jī)器人外骨骼手進(jìn)行被動(dòng)訓(xùn)練，鋼琴家有望突破長期訓(xùn)練后出現(xiàn)的技能“天花板效應(yīng)”。這一發(fā)現(xiàn)為音樂家提供了一種全新的技能提升方式，同時(shí)也為神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域帶來了新的可能性。

研究合著者、索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的鋼琴家 Shinichi Furuya 表示，他因過度練習(xí)導(dǎo)致手部受傷，陷入了“過度練習(xí)與預(yù)防損傷”的兩難境地，想要在不練習(xí)的情況下提高技能。受其老師過去用手引導(dǎo)他演奏復(fù)雜曲目的啟發(fā)，F(xiàn)uruya 萌生了利用機(jī)器人手模擬這一效果的想法。

據(jù)IT之家了解，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一款定制的外骨骼機(jī)器人手，能夠獨(dú)立控制右手的各個(gè)手指，并根據(jù)需要彎曲和伸展關(guān)節(jié)。與以往用于輔助肢體運(yùn)動(dòng)或虛擬觸覺反饋的機(jī)器人外骨骼不同，這款設(shè)備專注于復(fù)雜的手指運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。研究共招募了 118 名鋼琴家，進(jìn)行了三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。

在第一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，30 名鋼琴家在家中連續(xù)兩周每天完成一項(xiàng)指定的“和弦顫音”任務(wù)：先用右手食指和無名指同時(shí)按下 D 和 F 鍵，再用中指和小指按下 E 和 G 鍵。這一任務(wù)因技術(shù)難度高而廣為人知，出現(xiàn)在肖邦的《練習(xí)曲 Op. 25 No. 6》、拉威爾的《水妖》以及貝多芬《第三鋼琴奏鳴曲》第一樂章等經(jīng)典曲目中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，經(jīng)過兩周訓(xùn)練后，鋼琴家的技能水平趨于穩(wěn)定，但在使用機(jī)器人外骨骼手進(jìn)行 30 分鐘的被動(dòng)訓(xùn)練后，他們的演奏速度和準(zhǔn)確性均顯著提升。

第二項(xiàng)實(shí)驗(yàn)旨在探究技能提升的具體機(jī)制，60 名鋼琴家被隨機(jī)分配到五組，接受不同的干預(yù)措施。結(jié)果表明，機(jī)器人外骨骼手的被動(dòng)訓(xùn)練不僅提高了受訓(xùn)手的技能水平，還使未受訓(xùn)手也表現(xiàn)出類似的進(jìn)步，即存在“雙手間轉(zhuǎn)移效應(yīng)”。

第三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)則通過肌電圖（EMG）監(jiān)測和運(yùn)動(dòng)皮層刺激，評(píng)估了被動(dòng)訓(xùn)練期間皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)的神經(jīng)可塑性變化。28 名鋼琴家參與了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，只有受訓(xùn)手在復(fù)雜手指運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出神經(jīng)模式的變化，這表明被動(dòng)訓(xùn)練引發(fā)了神經(jīng)適應(yīng)性。然而，未受訓(xùn)手技能提升的原因仍需進(jìn)一步研究。

盡管實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)參與者因肌肉疲勞而難以長時(shí)間保持高速演奏，但研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)研究凸顯了機(jī)器人外骨骼等增強(qiáng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)“不可能技能”方面的重要性。此外，該技術(shù)還可能用于改善影響手部靈活性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)治療。