近期，《科學(xué)機器人》期刊上發(fā)表了一項引人注目的研究，揭示了鋼琴家通過機器人外骨骼手進行被動訓(xùn)練，能夠突破傳統(tǒng)訓(xùn)練中的技能瓶頸，為音樂界帶來了全新的技能提升途徑，同時也為神經(jīng)康復(fù)領(lǐng)域帶來了潛在的創(chuàng)新應(yīng)用。

這項研究的合著者，同時也是索尼計算機科學(xué)研究所的鋼琴家Shinichi Furuya，因長期高強度練習(xí)導(dǎo)致的手部受傷，使他陷入了提高技能與預(yù)防傷害的困境。受到老師曾經(jīng)用手引導(dǎo)他演奏復(fù)雜曲目的啟發(fā)，F(xiàn)uruya產(chǎn)生了利用機器人手模擬這一過程的想法。

研究團隊為此設(shè)計了一款專門的外骨骼機器人手，這款設(shè)備能夠精確控制右手的各個手指，根據(jù)需要進行關(guān)節(jié)的彎曲和伸展。與以往用于輔助運動或提供觸覺反饋的機器人外骨骼不同，這款外骨骼專注于復(fù)雜的手指運動訓(xùn)練。實驗共招募了118名鋼琴家，并進行了三項不同的測試。

在第一項測試中，30名鋼琴家被要求在家中連續(xù)兩周每天完成一項難度極高的“和弦顫音”任務(wù)，包括使用右手的食指和無名指同時按下D和F鍵，然后用中指和小指按下E和G鍵。這項任務(wù)在肖邦、拉威爾和貝多芬等大師的經(jīng)典曲目中都有出現(xiàn)。實驗結(jié)果顯示，盡管兩周的傳統(tǒng)訓(xùn)練后，鋼琴家的技能水平趨于穩(wěn)定，但在使用機器人外骨骼手進行30分鐘的被動訓(xùn)練后，他們的演奏速度和準確性均有顯著提高。

第二項測試則深入探究了技能提升的具體機制。60名鋼琴家被隨機分成五組，接受不同的干預(yù)措施。結(jié)果顯示，不僅接受訓(xùn)練的手的技能水平得到了提升，未接受訓(xùn)練的手也表現(xiàn)出了類似的進步，即存在“雙手間轉(zhuǎn)移效應(yīng)”。

在第三項測試中，研究團隊通過肌電圖（EMG）監(jiān)測和運動皮層刺激，評估了被動訓(xùn)練期間皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)的神經(jīng)可塑性變化。28名鋼琴家參與了這項測試，結(jié)果顯示，只有接受訓(xùn)練的手在復(fù)雜手指運動中表現(xiàn)出了神經(jīng)模式的變化，這表明被動訓(xùn)練引發(fā)了神經(jīng)適應(yīng)性。然而，未接受訓(xùn)練的手技能提升的原因仍需進一步的研究。

盡管實驗中，參與者因肌肉疲勞而難以長時間保持高速演奏，但研究團隊認為，這項研究突顯了機器人外骨骼等增強技術(shù)在實現(xiàn)“不可能技能”方面的重要作用。這項技術(shù)還可能在改善影響手部靈活性的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的康復(fù)治療中發(fā)揮潛力。