吃糖學(xué)知識(shí)？通過(guò)舌頭傳感器，讓視障人群“看見”形狀

來(lái)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(duì)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(jì)，德克薩斯州韋科市約有3600萬(wàn)人失明，其中包括100萬(wàn)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(gè)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(wú)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(xiàng)突破性研究旨在通過(guò)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(shí)。

貝勒大學(xué)主導(dǎo)的這項(xiàng)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(jí)的明膠模型（類似于小熊軟糖）通過(guò)口腔立體識(shí)別來(lái)提高蛋白質(zhì)分子的“可視化”，或者通過(guò)舌頭和嘴唇來(lái)實(shí)現(xiàn)三維形狀的“可視化”。這項(xiàng)研究的目標(biāo)是創(chuàng)建更小、更實(shí)用的三維模型來(lái)描繪蛋白質(zhì)分子。之所以選擇蛋白質(zhì)分子，是因?yàn)樗鼈兊慕Y(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(shuō)：“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(shí)也是一個(gè)類似于章魚臂的流體調(diào)節(jié)器。它可以扭動(dòng)到手指無(wú)法觸及的溝槽中，但在觸覺領(lǐng)悟中沒(méi)并有人真正使用舌頭或嘴唇。因此我們想制作出個(gè)頭不大但分辨率很高的三維模型，并通過(guò)口腔將其“可視”化?！?/p>

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

每個(gè)參與者都有3分鐘的時(shí)間用手指觸摸或用眼觀察被測(cè)蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，然后用1分鐘觸摸或觀察另一個(gè)對(duì)比蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。4分鐘后，他們被問(wèn)及兩組蛋白質(zhì)是否是同一個(gè)模型。接著整個(gè)過(guò)程將重復(fù)一遍，區(qū)別是嘴來(lái)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(shí)別結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確率為85.59%，與用眼識(shí)別不相上下。測(cè)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(shí)別。

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

該模型提供一種成本低廉、便攜方便的方式來(lái)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(xiàng)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(guò)口腔“可視化”來(lái)實(shí)現(xiàn)。

此外，雖然明膠模型是唯一經(jīng)過(guò)測(cè)試的可食用模型，但Shaw的團(tuán)隊(duì)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(lái)表征。

該研究的主要作者，博士生Katelyn Baumer說(shuō)：“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(shí)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(shí)驗(yàn)室將微型模型的口腔“可視化”視為對(duì)學(xué)生有益的多感官學(xué)習(xí)工具，特別是對(duì)那些有特殊視覺需求的學(xué)生。類似這項(xiàng)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(shí)。

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(shí)驗(yàn)室你就會(huì)明白為什么了，去實(shí)驗(yàn)室的電梯按鈕上有盲文，實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)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(cè)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(jì)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(jì)這款A(yù)PP的靈感來(lái)自于他的兒子Noah，其在四個(gè)月大時(shí)被診斷出患有視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤（retinoblastoma）。

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https://www.baylor.edu/mediacommunications/news.php?action=story&story=223632