吃糖学知识？通过舌头传感器，让视障人群“看见”形状

数据派THU | 2021-06-15 06:00:41 阅读：210

来源：大数据文摘

由Bryan Shaw领导的贝勒大学研究团队发现，复杂三维结构的口腔触觉“可视化”可以做到与视力一样准确

根据2021年5月的统计，德克萨斯州韦科市约有3600万人失明，其中包括100万儿童。此外，2.16亿人有中度至重度视力缺陷。然而，STEM(科学、技术、工程和数学四个领域)教育主要是依赖于三维图像的教育，其中大部分是失明的学生无法接触到的。贝勒大学（Baylor University）化学与生物化学专业的教授Bryan Shaw博士的一项突破性研究旨在通过像糖果一样的小型模型让盲人或视力受损的人更容易接触到知识。

贝勒大学主导的这项研究成果于5月28日发表在《Science Advances》杂志上，该成果利用毫米级的明胶模型（类似于小熊软糖）通过口腔立体识别来提高蛋白质分子的“可视化”，或者通过舌头和嘴唇来实现三维形状的“可视化”。这项研究的目标是创建更小、更实用的三维模型来描绘蛋白质分子。之所以选择蛋白质分子，是因为它们的结构是STEM教育中展示的数量最多、结构最复杂、分辨率最高的三维形象之一。

Shaw说：“你的舌头是你最好的触觉‘传感器’，其敏感度大约是指尖的两倍，同时也是一个类似于章鱼臂的流体调节器。它可以扭动到手指无法触及的沟槽中，但在触觉领悟中没并有人真正使用舌头或嘴唇。因此我们想制作出个头不大但分辨率很高的三维模型，并通过口腔将其“可视”化。”

这项研究共有396名参与者，包括31名四、五年级小学生和365名大学生。他们测试了通过嘴、手和眼睛来识别特定的结构。在口腔和手部触觉模型测试中，所有被试者都被蒙上眼睛。

每个参与者都有3分钟的时间用手指触摸或用眼观察被测蛋白质的结构，然后用1分钟触摸或观察另一个对比蛋白质结构。4分钟后，他们被问及两组蛋白质是否是同一个模型。接着整个过程将重复一遍，区别是嘴来辨别其蛋白质形状，而不是手指。

结果显示，被试学生用嘴识别结构的准确率为85.59%，与用眼识别不相上下。测试涉及相同形状的可食用明胶模型和不可食用的3D打印模型。与非食用模型相比，明胶模型可以被正确识别。

Shaw表示：“可以用嘴做到和用眼睛一样准确地识别这些微小物体的形状。这实在令人惊讶！”

该模型提供一种成本低廉、便携方便的方式来使三维图像容易的让人接受，不管视力是否受损都可以适用。Shaw认为这项研究的方法并不局限于蛋白质结构的分子模型，任何三维模型都可以通过口腔“可视化”来实现。

此外，虽然明胶模型是唯一经过测试的可食用模型，但Shaw的团队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，如蛋白质表面正电荷和负电荷可以用模型上不同的味道来表征。

该研究的主要作者，博士生Katelyn Baumer说：“这种方法可以应用于任何图像和模型的三维渲染，如细胞、胞器、真实数学中的三维表面甚至三维艺术品。它不仅局限于STEM，人文学科领域也可以得到应用”

Shaw的实验室将微型模型的口腔“可视化”视为对学生有益的多感官学习工具，特别是对那些有特殊视觉需求的学生。类似这项研究中的模型可以让有失明或视力障碍的学生更容易获得知识。

Shaw表示：“失明的学生被整体地排除在化学和大部分STEM课程之外。只要看看我们的实验室你就会明白为什么了，去实验室的电梯按钮上有盲文，实验室的门上也有盲文。但也就是到此为止了。贝勒（大学）将开始成为使知识更容易获得的完美地方，这里可以成为残疾人士学习知识的绿洲。”

Shaw并不是第一次参与视觉损伤有关的备受瞩目的研究。他在白眼检测APP（链接：https://www.baylor.edu/mediacommunications/news.php?action=story&story=213471）上的工作也获得了广泛认可。Shaw和Greg Hamerly博士（贝勒大学计算机科学副教授）开发了这款手机APP并作为父母筛查儿童眼部疾病的工具。Shaw设计这款APP的灵感来自于他的儿子Noah，其在四个月大时被诊断出患有视网膜母细胞瘤（retinoblastoma）。