Um mistério de piano centenário foi resolvido

A criatividade em pintura, música e outras artes é sustentada pela capacidade de criar experiências perceptuais diversas para o público. No entanto, permanecia incerta a possibilidade de alterar o timbre durante uma performance instrumental e quais habilidades motoras físicas seriam necessárias para isso.

O grupo de pesquisa desenvolveu um sistema de sensores exclusivo capaz de medir os movimentos das teclas do piano a uma resolução temporal de 1.000 fps, e registrou os movimentos das teclas enquanto pianistas profissionais expressavam diferentes timbres no piano. Os resultados revelaram que ouvintes podiam distinguir os timbres pretendidos pelos pianistas, independentemente de terem ou não experiência em performance de piano. Além disso, o grupo conseguiu identificar as características dos movimentos das teclas que produzem essas diferenças de timbre.

Essa descoberta responde a uma pergunta que existe há mais de um século, “Os pianistas podem alterar o timbre através do toque?”, demonstrando que a manipulação do timbre por meio do toque cultivada pelos pianistas não é uma mera metáfora sensorial, mas uma habilidade respaldada cientificamente. Esses achados abrem a possibilidade de visualizar e ensinar características de movimento específicas que produzem timbres, o que levaria a uma prática mais eficiente e à prevenção de erros de aprendizado. Eles também revelam que o controle motor de alto nível molda a percepção artística, sugerindo aplicações potenciais em várias disciplinas, incluindo reabilitação, transferência de habilidades e design de interfaces humanas.

Esses resultados foram publicados na revista científica internacional Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) em 22 de setembro de 2025.

Os resultados foram obtidos através do seguinte programa, área de pesquisa e tema de pesquisa:

Programa de Pesquisa Básica Estratégica da JST (CREST) Área de Pesquisa: Tecnologias Centrais para Sistemas de IA de Qualidade Confiável (Supervisora de Pesquisa: Akiko Aizawa, Professora, Divisão de Pesquisa em Conteúdo Digital e Ciências da Mídia, Instituto Nacional de Informática, Organização de Pesquisa de Informação e Sistemas) Tema de Pesquisa: Construção de uma Tecnologia de Base de Recomendação Explorada de Confiança. Diretor de Pesquisa: Masataka Goto (Pesquisador Sênior Principal, AIST) Período de Pesquisa: Outubro de 2020 — Março de 2026

Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Moonshot (MOONSHOT) Área de Pesquisa: Realização de uma sociedade onde os seres humanos possam estar livres das limitações do corpo, cérebro, espaço e tempo até 2050 (Supervisor de Pesquisa: Norihiro Hagita, Presidente e Professor, Departamento de Arte e Ciência, Universidade de Artes de Osaka) Tema de Pesquisa: Libertação das Limitações Biológicas por meio de Aumento Físico, Cognitivo e Perceptual. Diretor de Pesquisa: Ryota Kanai (Diretor, Unidade de Planejamento Corporativo e Co-Criação de Inovação, Instituto de Pesquisas Avançadas em Telecomunicações Internacional (ATR)) Período de Pesquisa: Outubro de 2020 — Março de 2026

Contexto e Histórico da Pesquisa

Músicos e outros artistas performáticos, cirurgiões, artesãos tradicionais e outros considerados especialistas em vários campos adquirem suas habilidades por meio de anos de treinamento extensivo. Em particular, nas artes performáticas, sempre se acreditou que o domínio das habilidades motoras físicas que produzem percepções diversas é essencial para incorporar a criatividade. Por exemplo, enquanto o tom e o volume em performances instrumentais dependem claramente da manipulação do instrumento, não havia evidência científica para casos em que “um instrumento que deveria produzir um certo som produz um timbre diferente” — um fenômeno que se acreditava amplamente possível entre intérpretes e educadores. Essa questão foi discutida a respeito do piano na revista Nature no início do século XX, mas experimentos sistemáticos de percepção e análise de dados não foram realizados até agora, deixando a questão sem resposta. Assim, os meios para adquirir habilidades que produzem expressões diversas permaneciam desconhecidos, e problemas durante esse processo – como a má interpretação de limitações pessoais e o risco de lesões ou incapacidades que surgem durante o treinamento de aquisição de habilidades – persistiam. Uma compreensão baseada em evidências dos mecanismos da habilidade técnica é essencial para que humanos e sistemas consigam recomendar métodos de treinamento apropriados, e para que as recomendações resultantes sejam confiáveis para aprendizes e educadores.

Histórico da Pesquisa

Uma equipe de pesquisa do NeuroPiano Institute e da Sony Computer Science Laboratories (Sony CSL) revelou que as qualidades timbrais que os pianistas pretendiam expressar eram transmitidas aos ouvintes, e que o controle de alta precisão do movimento da ponta dos dedos estava envolvido.

O grupo de pesquisa utilizou o Hackkey, seu sistema de sensores não contácte de alta precisão, para medir os movimentos das 88 teclas a 1.000 fps (precisão temporal de 1 ms) e 0,01 mm de resolução espacial. Este aparelho analisou os movimentos do teclado enquanto 20 pianistas renomados internacionalmente se apresentavam com a intenção de produzir diversas qualidades timbrais, incluindo claro/escuro e leve/pesado.

Além disso, a equipe realizou um experimento psicofísico, com 40 participantes – incluindo pianistas e indivíduos sem experiência musical – que ouviram as performances gravadas. Os resultados revelaram que os timbres pretendidos pelos pianistas eram percebidos de forma consistente pelos ouvintes, independentemente de sua experiência musical. Os ouvintes que eram pianistas, em particular, foram capazes de distinguir diferenças timbrais com maior sensibilidade. Essa discernimento timbral foi considerado possível mesmo quando controlaram o volume e o tempo, fatores que se acreditava anteriormente influenciar a percepção timbral.

A análise de dados usando um modelo de efeitos mistos linear (LME) revelou que as contribuições para as diferenças timbrais estão concentradas em um conjunto limitado de características de movimento (por exemplo, aceleração durante o escapamento, desvio na sincronia das mãos). Foi ainda confirmado experimentalmente que notas tocadas variando apenas uma dessas características eram percebidas pelos ouvintes como tendo um timbre diferente, fornecendo a primeira evidência empírica de uma relação causal entre movimento das teclas e timbre.

Esses achados têm as seguintes significâncias para músicos e educadores:

• Construção de uma base técnica para apoiar a criatividade artística：Esta pesquisa quantifica o “conhecimento tácito” de como os pianistas produzem timbre, abrindo caminho para a compreensão da intenção expressiva de um artista e desenvolvimento de novos métodos educacionais e tecnologias que a maximizarão. Além disso, provar que a manipulação do timbre através do toque cultivada por artistas é uma habilidade respaldada cientificamente e não uma mera metáfora sensorial torna possível aprender e adquirir eficientemente as habilidades para criar expressões timbrais — que até o momento eram difíceis de verbalizar na instrução — aplicando isto em sistemas de recomendação que apresentem as características de movimentos apropriadas para os aprendizes.

• Iluminando os mecanismos biológicos que produzem percepção de ordem superior: O fenômeno em que o mesmo som pode ser percebido de maneira diferente indica uma integração avançada dos sistemas sensoriais e motores humanos. Esta pesquisa esclarece como o controle motor hábil produz percepções de ordem superior e experiências estéticas, abrindo novas avenidas para pesquisas interdisciplinares em neurociência, psicologia e estudos das artes, além de prometer aplicações em múltiplas áreas, incluindo transferência de habilidades, reabilitação e design de interfaces humanas.

Desenvolvimentos Futuros

Esta pesquisa esclareceu a relação entre características do movimento das teclas e timbre do piano, sugerindo a possibilidade de adquirir explicitamente um repertório de movimentos que podem produzir uma paleta diversificada de percepções. Isso é essencial para recomendar usos corporais e métodos de prática baseados em evidências na educação física para as artes performáticas, e para capacitar tanto educadores quanto aprendizes a buscarem o aprendizado com confiança. Embora a pesquisa em percepção tenha se concentrado até agora principalmente em informações perceptuais de nível inferior, como tom, intensidade e ritmo, o avanço da pesquisa futura sobre o timbre e outras informações perceptuais de nível superior é esperado para levar à clarificação dos mecanismos de processamento de informações no cérebro subjacentes, bem como ao desenvolvimento de métodos de treinamento que utilizem habilmente tecnologias avançadas. Além disso, a emoção de usar o próprio corpo para melhorar e alcançar algo que antes era impossível é uma experiência compartilhada em diversas disciplinas além da performance musical, incluindo esportes, culinária, pintura e até mesmo cirurgia. Esta pesquisa possui a promessa de gerar efeitos colaterais em múltiplas disciplinas.

A participação da ciência e tecnologia na aprendizagem musical ficou significativamente atrás em comparação com áreas como esportes e medicina. Como resultado, muitos artistas ao redor do mundo enfrentaram por muito tempo o problema de incorporar expressão artística e criatividade enquanto eram limitados por restrições físicas e mentais. O conhecimento sobre as habilidades fundamentais para produzir expressões diversas fornecido por esta pesquisa contribuirá para a criação de uma sociedade futura onde os artistas sejam libertados de limitações físicas e mentais e possam plenamente incorporar sua criatividade. Isso será alcançado através do estabelecimento de uma nova forma de educação musical baseada em evidências, fundamentada na dynaformics, a ciência da performance musical.