練琴新姿勢：機械手助力鋼琴家突破技能瓶頸

1 月 21 日訊息，一項發表於《科學機器人》（Science Robotics）期刊的研究表明，透過使用機器人外骨骼手進行被動訓練，鋼琴家有望突破長期訓練後出現的技能“天花板效應”。這一發現為音樂家提供了一種全新的技能提升方式，同時也為神經康復領域帶來了新的可能性。

研究合著者、索尼電腦科學研究所的鋼琴家 Shinichi Furuya 表示，他因過度練習導致手部受傷，陷入了“過度練習與預防損傷”的兩難境地，想要在不練習的情況下提高技能。受其老師過去用手引導他演奏複雜曲目的啟發，Furuya 萌生了利用機器人手模擬這一效果的想法。

據IT之家瞭解，研究團隊設計了一款定製的外骨骼機器人手，能夠獨立控制右手的各個手指，並根據需要彎曲和伸展關節。與以往用於輔助肢體運動或虛擬觸覺反饋的機器人外骨骼不同，這款裝置專注於複雜的手指運動訓練。研究共招募了 118 名鋼琴家，進行了三項實驗。

在第一項實驗中，30 名鋼琴家在家中連續兩週每天完成一項指定的“和絃顫音”任務：先用右手食指和無名指同時按下 D 和 F 鍵，再用中指和小指按下 E 和 G 鍵。這一任務因技術難度高而廣為人知，出現在肖邦的《練習曲 Op. 25 No. 6》、拉威爾的《水妖》以及貝多芬《第三鋼琴奏鳴曲》第一樂章等經典曲目中。實驗結果顯示，經過兩週訓練後，鋼琴家的技能水平趨於穩定，但在使用機器人外骨骼手進行 30 分鐘的被動訓練後，他們的演奏速度和準確性均顯著提升。

第二項實驗旨在探究技能提升的具體機制，60 名鋼琴家被隨機分配到五組，接受不同的干預措施。結果表明，機器人外骨骼手的被動訓練不僅提高了受訓手的技能水平，還使未受訓手也表現出類似的進步，即存在“雙手間轉移效應”。

第三項實驗則透過肌電圖（EMG）監測和運動皮層刺激，評估了被動訓練期間皮質脊髓系統的神經可塑性變化。28 名鋼琴家參與了實驗，結果顯示，只有受訓手在複雜手指運動中表現出神經模式的變化，這表明被動訓練引發了神經適應性。然而，未受訓手技能提升的原因仍需進一步研究。

儘管實驗中發現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，這項研究凸顯了機器人外骨骼等增強技術在實現“不可能技能”方面的重要性。此外，該技術還可能用於改善影響手部靈活性的神經系統疾病的康復治療。