手部外骨骼助力突破运动技能天花板！

大家好！今天一起来了解运动技能提升的黑科技——手部外骨骼——《Surmounting the ceiling effect of motor expertise by novel sensory experience with a hand exoskeleton》发表于《SCIENCE ROBOTICS》。运动技能到一定程度就卡住了？别怕，外骨骼来帮忙！研究发现，专业钢琴家用外骨骼训练后，按键速度明显提升，手指协调性也变好了。这可太厉害了！外骨骼通过快速复杂的被动手指运动，激活大脑神经可塑性，让手指运动模块参与度更高。而且，训练效果还能迁移到未训练的手上，这说明外骨骼训练潜力无限！不过，简单或过慢的运动没啥效果，看来复杂运动才是关键。#运动技能提升 #手部外骨骼 #科技助力 #钢琴家训练

*本文只做阅读笔记分享*

一、研究背景与问题提出

在运动技能的发展过程中，像运动员和音乐家这样经过大量训练的专业人士，常常会遇到一个瓶颈，那就是无论再怎么努力训练，技能提升似乎都停滞不前，这就是所谓的“天花板效应”。例如，一位钢琴家可能在经过多年的刻苦练习后，发现自己的弹奏速度和准确性很难再有明显的提高。造成这种现象的一个关键原因是，他们缺乏对要学习的新技能的身体体验。以往的研究大多集中在简单的运动任务上，对于复杂运动技能的训练策略以及背后的神经可塑性机制，我们还知之甚少。所以，本研究就致力于探索是否可以通过一种新的方式，让这些专业人士突破这个瓶颈，进一步提升他们的技能。

二、实验结果展示

研究1：经过长期的主动钢琴练习达到技能瓶颈后，复杂组在接受外骨骼机器人的被动训练后，取得了显著的效果。他们的按键间隔（IKI）明显缩短，从训练前的434.6±10.6ms降低到训练后的407.4±7.7ms，这表明他们的技能得到了提升，而且这种提升在训练30分钟后仍然保持，一天后也没有出现明显的变化。而简单组在训练前后的IKI没有显著差异。

在按键时间精度方面，通过计算同时敲击的两个键之间的时间误差来评估。结果显示，训练后复杂组和简单组在这方面均未出现速度-准确性权衡的情况。

在肌肉协调性方面，使用非负矩阵分解（NMF）算法对肌肉活动模式进行分析。发现复杂组训练后，特定肌肉协调模式的时空模式发生了非均匀变化。例如，与食指和无名指同时敲击相关的协调模式1中，肌肉活动达到峰值的时间和幅度都降低了，而且在部分肌肉如第四背侧骨间肌（4DI）和小指展肌（ADM）的权重系数也发生了改变，这表明这些肌肉在运动中的参与程度发生了变化。而简单组在这方面则没有明显的变化。

此外，我们对手指的一般感觉运动功能和解剖特征进行测试后发现，被动训练并没有改变这些方面的指标，比如手指的力量、运动独立性、灵活性和关节活动范围等，以及对运动速度的感知阈值也没有变化。

研究2：在五种不同的干预方式中，只有复杂-快速组（接受4Hz复杂手指运动被动训练）在训练后，右手和左手在复杂手指运动任务中的平均IKI都出现了降低的情况。右手从训练前的433.5±40.5ms降低到训练后的386.3±44.8ms，左手从490.7±72.9ms降低到438.3±54.1ms，这充分证实了训练效果在双手之间的迁移效应。这表明复杂-快速多手指运动的被动体感训练对训练和未训练手的运动技能都具有特定的提升作用。

研究3：在行为评估方面，结果与研究1相似，复杂组训练后双手的IKI显著降低。在神经生理评估中，通过张量分解对TMS诱发的手指运动模式进行分析。发现右手在复杂组训练后，表征个体手指运动的空间模块贡献增加，例如涉及食指和中指关节独立运动的模块在训练后的贡献更大，而表征同时手指运动的空间模块在训练前后没有明显变化。简单组中，部分空间模块有变化，但与复杂组的变化模式不同。而左手在两组中接受训练后均没有显著的变化。这表明训练引起的运动皮层神经可塑性变化仅在训练的右手表现明显。

三、总结与展望

总的来说，本研究表明通过手部外骨骼机器人提供的被动暴露于快速复杂运动的训练方式，可以有效地增强专家的熟练技能，帮助他们克服运动专长的限制。这一研究结果凸显了像手部外骨骼这样的增强技术在运动技能提升领域的重要性。

未来，还需要进一步深入研究被动训练效果背后的具体神经机制，以及如何更好地利用手部外骨骼技术来优化训练方案。同时，也需要探索在其他运动领域和人群中是否也能取得类似的效果，为更多的运动员和专业人士提供有效的技能提升方法，推动运动技能训练的发展。

四、一起来做做题吧

1、对于经过大量训练的个体，如运动员和音乐家，在技能提升过程中常遇到的瓶颈被称为（ ）

A. 高原现象

B. 天花板效应

C. 瓶颈困境

D. 技能停滞

2、以往研究中，大多数关于专业人员训练效果的研究主要集中在（ ）

A. 复杂运动任务

B. 简单运动任务

C. 多种运动任务的综合

D. 特定运动技能的高级阶段

3、研究 1 中，经过外骨骼机器人被动训练后，按键间隔（IKI）显著缩短的是（ ）

A. 复杂组

B. 简单组

C. 两组都显著缩短

D. 两组都无明显变化

4、研究 2 中，哪种训练方式能使右手和左手在复杂手指运动任务中的平均 IKI 均降低？（ ）

A. 复杂 - 快速组

B. 简单 - 快速组

C. 复杂 - 慢速组

D. 主动控制组

参考文献：

Shinichi Furuya et al. Surmounting the ceiling effect of motor expertise by novel sensory experience with a hand exoskeleton. Sci. Robot.10, eadn3802(2025).

原文地址：https://blog.csdn.net/m0_68961828/article/details/145291781

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