Cirka 36 miljoner människor har blindhet inklusive 1 miljon barn. Dessutom, 216 miljoner människor upplever måttlig till grav synnedsättning. Dock, STEM (vetenskap, teknologi, teknik och matematik) förlitar sig på tredimensionella bilder för utbildning. De flesta av dessa bilder är otillgängliga för elever med blindhet. En genombrottsstudie av Bryan Shaw, Ph.D., professor i kemi och biokemi vid Baylor University, syftar till att göra vetenskapen mer tillgänglig för människor som är blinda eller synskadade genom små, godisliknande modeller.

Den Baylor-ledda studien, publicerad 28 maj i tidskriften Vetenskapens framsteg, använder gelatinmodeller i millimeterskala – liknande gummibjörnar – för att förbättra visualiseringen av proteinmolekyler med hjälp av oral stereognos, eller visualisering av 3D-former via tungan och läpparna. Målet med studien var att skapa mindre, mer praktiska taktila modeller av 3D-bilder som visar proteinmolekyler. Proteinmolekylerna valdes ut eftersom deras strukturer är några av de mest talrika, komplexa och högupplösta 3D-bilder som presenteras under hela STEM-utbildningen.

"Din tunga är din finaste taktila sensor - ungefär dubbelt så känslig som fingertopparna - men den är också en hydrostat, liknar en bläckfiskarm. Den kan vicka in i spår som dina fingrar inte kommer att röra vid, men ingen använder verkligen tungan eller läpparna i taktilt lärande. Vi tänkte göra väldigt små, högupplösta 3D-modeller, och visualisera dem genom munnen, " sa Shaw.

Studien inkluderade totalt 396 deltagare—31 fjärde- och femteklassare samt 365 högskolestudenter. Mun, händer och syn testades för att identifiera specifika strukturer. Alla elever fick ögonbindel under den muntliga och manuella taktila modelltestningen.

Varje deltagare fick tre minuter på sig att bedöma eller visualisera strukturen av ett studieprotein med fingertopparna, följt av en minut med ett testprotein. Efter de fyra minuterna, de tillfrågades om testproteinet var samma eller en annan modell än det ursprungliga studieproteinet. Hela processen upprepades med munnen för att urskilja form istället för fingrarna.

Eleverna kände igen strukturer genom munnen med 85,59 % noggrannhet, liknar igenkänning av syn med hjälp av datoranimation. Testerna involverade identiska ätbara gelatinmodeller och icke-ätbara 3D-printade modeller. Gelatinmodeller identifierades korrekt vid hastigheter jämförbara med de icke-ätbara modellerna.

"Du kan visualisera formerna på dessa små föremål lika exakt genom munnen som genom synen. Det var faktiskt överraskande, " sa Shaw.

modellerna, som kan användas för elever med eller utan synnedsättning, erbjuda en låg kostnad, bärbart och bekvämt sätt att göra 3D-bilder mer tillgängliga. Metoderna för studien är inte begränsade till molekylära modeller av proteinstrukturer - oral visualisering kan göras med vilken 3D-modell som helst, sa Shaw.

Dessutom, medan gelatinmodeller var de enda ätbara modellerna som testades, Shaws team skapade högupplösta modeller från andra ätbara material, inklusive taffy och choklad. Vissa ytegenskaper hos modellerna, som ett proteinmönster av positiv och negativ ytladdning, kan representeras med olika smakmönster på modellen.

"Denna metod kan tillämpas på bilder och modeller av vad som helst, som celler, organeller, 3D-ytor i matematik eller 3D-konstverk – vilken 3D-rendering som helst. Det är inte begränsat till STEM, men användbart för humaniora också, sa Katelyn Baumer, doktorand och huvudförfattare till studien.

Shaws labb ser oral visualisering genom små modeller som ett fördelaktigt tillägg till de multisensoriska inlärningsverktyg som är tillgängliga för studenter, särskilt de med extraordinära visuella behov. Modeller som de i denna studie kan göra STEM mer tillgänglig för elever med blindhet eller synnedsättning.

"Elever med blindhet är systematiskt uteslutna från kemi, och mycket av STEM. Titta bara runt i våra labb och du kan se varför – det finns punktskrift på hissknappen upp till labbet och punktskrift på dörren till labbet. Det är där tillgängligheten slutar. Baylor är det perfekta stället att börja göra STEM mer tillgängligt. Baylor kan bli en oas för personer med funktionshinder att lära sig STEM, " sa Shaw.

Shaw är inte ny inom högprofilerad forskning relaterad till synnedsättning. Han har fått erkännande för sitt arbete med White Eye Detector-appen. Shaw och Greg Hamerly, Ph.D., docent i datavetenskap vid Baylor, byggde mobilappen som fungerar som ett verktyg för föräldrar att screena för pediatrisk ögonsjukdom. Shaws inspiration till appen kom efter hans son, Noah, diagnostiserades med retinoblastom vid fyra månaders ålder.