近期，《科學(xué)機(jī)器人》期刊上發(fā)表了一項(xiàng)引人注目的研究，揭示了鋼琴家通過機(jī)器人外骨骼手進(jìn)行被動(dòng)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(shí)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(xiàng)研究的合著者，同時(shí)也是索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)研究所的鋼琴家Shinichi Furuya，因長期高強(qiáng)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(jī)器人手模擬這一過程的想法。

研究團(tuán)隊(duì)為此設(shè)計(jì)了一款專門的外骨骼機(jī)器人手，這款設(shè)備能夠精確控制右手的各個(gè)手指，根據(jù)需要進(jìn)行關(guān)節(jié)的彎曲和伸展。與以往用于輔助運(yùn)動(dòng)或提供觸覺反饋的機(jī)器人外骨骼不同，這款外骨骼專注于復(fù)雜的手指運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)共招募了118名鋼琴家，并進(jìn)行了三項(xiàng)不同的測試。

在第一項(xiàng)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(xiàng)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(shí)按下D和F鍵，然后用中指和小指按下E和G鍵。這項(xiàng)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(shí)驗(yàn)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(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)確性均有顯著提高。

第二項(xiàng)測試則深入探究了技能提升的具體機(jī)制。60名鋼琴家被隨機(jī)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(jìn)步，即存在“雙手間轉(zhuǎn)移效應(yīng)”。

在第三項(xiàng)測試中，研究團(tuán)隊(duì)通過肌電圖（EMG）監(jiān)測和運(yùn)動(dòng)皮層刺激，評估了被動(dòng)訓(xùn)練期間皮質(zhì)脊髓系統(tǒng)的神經(jīng)可塑性變化。28名鋼琴家參與了這項(xiàng)測試，結(jié)果顯示，只有接受訓(xùn)練的手在復(fù)雜手指運(yùn)動(dòng)中表現(xiàn)出了神經(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，未接受訓(xùn)練的手技能提升的原因仍需進(jìn)一步的研究。

盡管實(shí)驗(yàn)中，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)研究突顯了機(jī)器人外骨骼等增強(qiáng)技術(shù)在實(shí)現(xiàn)“不可能技能”方面的重要作用。這項(xiàng)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。