近期，《科學機器人》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練，能夠突破傳統(tǒng)訓練中的技能瓶頸，為音樂界帶來了全新的技能提升途徑，同時也為神經康復領域帶來了潛在的創(chuàng)新應用。
這項研究的合著者，同時也是索尼計算機科學研究所的鋼琴家Shinichi Furuya，因長期高強度練習導致的手部受傷，使他陷入了提高技能與預防傷害的困境。受到老師曾經用手引導他演奏復雜曲目的啟發(fā)，Furuya產生了利用機器人手模擬這一過程的想法。
研究團隊為此設計了一款專門的外骨骼機器人手，這款設備能夠精確控制右手的各個手指，根據需要進行關節(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雜的手指運動訓練。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，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。這項任務在肖邦、拉威爾和貝多芬等大師的經典曲目中都有出現。實驗結果顯示，盡管兩周的傳統(tǒng)訓練后，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，接受不同的干預措施。結果顯示，不僅接受訓練的手的技能水平得到了提升，未接受訓練的手也表現出了類似的進步，即存在“雙手間轉移效應”。
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，評估了被動訓練期間皮質脊髓系統(tǒng)的神經可塑性變化。28名鋼琴家參與了這項測試，結果顯示，只有接受訓練的手在復雜手指運動中表現出了神經模式的變化，這表明被動訓練引發(fā)了神經適應性。然而，未接受訓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在實現“不可能技能”方面的重要作用。這項技術還可能在改善影響手部靈活性的神經系統(tǒng)疾病的康復治療中發(fā)揮潛力。
