吃糖學知識？通過舌頭感測器，讓視障人群「看見」形狀

2021-06-07 12:55:07

大資料文摘編譯作品

編譯：Hippo

來源：Baylor

由Bryan Shaw領導的貝勒大學研究團隊發現，複雜三維結構的口腔觸覺「視覺化」可以做到與視力一樣準確

根據2021年5月的統計，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、技術、工程和數學四個領域)教育主要是依賴於三維影象的教育，其中大部分是失明的學生無法接觸到的。貝勒大學（Baylor University）化學與生物化學專業的教授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。

貝勒大學主導的這項研究成果於5月28日發表在《Science Advances》雜誌上，該成果利用毫米級的明膠模型（類似於小熊軟糖）通過口腔立體識別來提高蛋白質分子的「視覺化」，或者通過舌頭和嘴脣來實現三維形狀的「視覺化」。這項研究的目標是創建更小、更實用的三維模型來描繪蛋白質分子。之所以選擇蛋白質分子，是因為它們的結構是STEM教育中展示的數量最多、結構最複雜、解析度最高的三維形象之一。

Shaw說：「你的舌頭是你最好的觸覺‘感測器’，其敏感度大約是指尖的兩倍，同時也是一個類似於章魚臂的流體調節器。它可以扭動到手指無法觸及的溝槽中，但在觸覺領悟中沒並有人真正使用舌頭或嘴脣。因此我們想製作出個頭不大但解析度很高的三維模型，並通過口腔將其「可視」化。」

這項研究共有396名參與者，包括31名四、五年級小學生和365名大學生。他們測試了通過嘴、手和眼睛來識別特定的結構。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控或用眼觀察被測蛋白質的結構，然後用1分鐘觸控或觀察另一個對比蛋白質結構。4分鐘後，他們被問及兩組蛋白質是否是同一個模型。接著整個過程將重複一遍，區別是嘴來辨別其蛋白質形狀，而不是手指。

結果顯示，被試學生用嘴識別結構的準確率為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列印模型。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影象容易的讓人接受，不管視力是否受損都可以適用。Shaw認為這項研究的方法並不侷限於蛋白質結構的分子模型，任何三維模型都可以通過口腔「視覺化」來實現。

此外，雖然明膠模型是唯一經過測試的可食用模型，但Shaw的團隊也在用其他可食用材料製作高解析度模型，包括太妃糖和巧克力。模型的某些表面特徵，如蛋白質表面正電荷和負電荷可以用模型上不同的味道來表徵。

該研究的主要作者，博士生Katelyn Baumer說：「這種方法可以應用於任何影象和模型的三維渲染，如細胞、胞器、真實數學中的三維表面甚至三維藝術品。它不僅侷限於STEM，人文學科領域也可以得到應用」

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

Shaw表示：「失明的學生被整體地排除在化學和大部分STEM課程之外。只要看看我們的實驗室你就會明白為什麼了，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）將開始成為使知識更容易獲得的完美地方，這裡可以成為殘疾人士學習知識的綠洲。」

Shaw並不是第一次參與視覺損傷有關的備受矚目的研究。他在白眼檢測APP（連結：https://www.baylor.edu/mediacommunications/news.php?action=story&story=213471）上的工作也獲得了廣泛認可。Shaw和Greg Hamerly博士（貝勒大學電腦科學副教授）開發了這款手機APP並作為父母篩查兒童眼部疾病的工具。Shaw設計這款APP的靈感來自於他的兒子Noah，其在四個月大時被診斷出患有視網膜母細胞瘤（retinoblastoma）。

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

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