吃糖學(xué)知識？通過舌頭傳感器，讓視障人群“看見”形狀

來源：大數(shù)據(jù)文摘

由Bryan Shaw領(lǐng)導(dǎo)的貝勒大學(xué)研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的口腔觸覺“可視化”可以做到與視力一樣準(zhǔn)確

根據(jù)2021年5月的統(tǒng)計，德克薩斯州韋科市約有3600萬人失明，其中包括100萬兒童。此外，2.16億人有中度至重度視力缺陷。然而，STEM(科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)四個領(lǐng)域)教育主要是依賴于三維圖像的教育，其中大部分是失明的學(xué)生無法接觸到的。貝勒大學(xué)（Baylor University）化學(xué)與生物化學(xué)專業(yè)的教授Bryan Shaw博士的一項突破性研究旨在通過像糖果一樣的小型模型讓盲人或視力受損的人更容易接觸到知識。

貝勒大學(xué)主導(dǎo)的這項研究成果于5月28日發(fā)表在《Science Advances》雜志上，該成果利用毫米級的明膠模型（類似于小熊軟糖）通過口腔立體識別來提高蛋白質(zhì)分子的“可視化”，或者通過舌頭和嘴唇來實現(xiàn)三維形狀的“可視化”。這項研究的目標(biāo)是創(chuàng)建更小、更實用的三維模型來描繪蛋白質(zhì)分子。之所以選擇蛋白質(zhì)分子，是因為它們的結(jié)構(gòu)是STEM教育中展示的數(shù)量最多、結(jié)構(gòu)最復(fù)雜、分辨率最高的三維形象之一。

Shaw說：“你的舌頭是你最好的觸覺‘傳感器’，其敏感度大約是指尖的兩倍，同時也是一個類似于章魚臂的流體調(diào)節(jié)器。它可以扭動到手指無法觸及的溝槽中，但在觸覺領(lǐng)悟中沒并有人真正使用舌頭或嘴唇。因此我們想制作出個頭不大但分辨率很高的三維模型，并通過口腔將其“可視”化。”

這項研究共有396名參與者，包括31名四、五年級小學(xué)生和365名大學(xué)生。他們測試了通過嘴、手和眼睛來識別特定的結(jié)構(gòu)。在口腔和手部觸覺模型測試中，所有被試者都被蒙上眼睛。

每個參與者都有3分鐘的時間用手指觸摸或用眼觀察被測蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，然后用1分鐘觸摸或觀察另一個對比蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。4分鐘后，他們被問及兩組蛋白質(zhì)是否是同一個模型。接著整個過程將重復(fù)一遍，區(qū)別是嘴來辨別其蛋白質(zhì)形狀，而不是手指。

結(jié)果顯示，被試學(xué)生用嘴識別結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確率為85.59%，與用眼識別不相上下。測試涉及相同形狀的可食用明膠模型和不可食用的3D打印模型。與非食用模型相比，明膠模型可以被正確識別。

Shaw表示：“可以用嘴做到和用眼睛一樣準(zhǔn)確地識別這些微小物體的形狀。這實在令人驚訝！”

該模型提供一種成本低廉、便攜方便的方式來使三維圖像容易的讓人接受，不管視力是否受損都可以適用。Shaw認(rèn)為這項研究的方法并不局限于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子模型，任何三維模型都可以通過口腔“可視化”來實現(xiàn)。

此外，雖然明膠模型是唯一經(jīng)過測試的可食用模型，但Shaw的團(tuán)隊也在用其他可食用材料制作高分辨率模型，包括太妃糖和巧克力。模型的某些表面特征，如蛋白質(zhì)表面正電荷和負(fù)電荷可以用模型上不同的味道來表征。

該研究的主要作者，博士生Katelyn Baumer說：“這種方法可以應(yīng)用于任何圖像和模型的三維渲染，如細(xì)胞、胞器、真實數(shù)學(xué)中的三維表面甚至三維藝術(shù)品。它不僅局限于STEM，人文學(xué)科領(lǐng)域也可以得到應(yīng)用”

Shaw的實驗室將微型模型的口腔“可視化”視為對學(xué)生有益的多感官學(xué)習(xí)工具，特別是對那些有特殊視覺需求的學(xué)生。類似這項研究中的模型可以讓有失明或視力障礙的學(xué)生更容易獲得知識。

Shaw表示：“失明的學(xué)生被整體地排除在化學(xué)和大部分STEM課程之外。只要看看我們的實驗室你就會明白為什么了，去實驗室的電梯按鈕上有盲文，實驗室的門上也有盲文。但也就是到此為止了。貝勒（大學(xué)）將開始成為使知識更容易獲得的完美地方，這里可以成為殘疾人士學(xué)習(xí)知識的綠洲。”

Shaw并不是第一次參與視覺損傷有關(guān)的備受矚目的研究。他在白眼檢測APP（鏈接：https://www.baylor.edu/mediacommunications/news.php?action=story&story=213471）上的工作也獲得了廣泛認(rèn)可。Shaw和Greg Hamerly博士（貝勒大學(xué)計算機(jī)科學(xué)副教授）開發(fā)了這款手機(jī)APP并作為父母篩查兒童眼部疾病的工具。Shaw設(shè)計這款A(yù)PP的靈感來自于他的兒子Noah，其在四個月大時被診斷出患有視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma）。

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