Ongeveer 36 miljoen mensen hebben blindheid, waaronder 1 miljoen kinderen. Aanvullend, 216 miljoen mensen ervaren matige tot ernstige visuele beperkingen. Echter, STEM (wetenschap, technologie, techniek en wiskunde) onderwijs handhaaft een afhankelijkheid van driedimensionale beelden voor het onderwijs. De meeste van deze beelden zijn ontoegankelijk voor studenten met blindheid. Een baanbrekende studie door Bryan Shaw, doctoraat, hoogleraar scheikunde en biochemie aan de Baylor University, heeft tot doel wetenschap toegankelijker te maken voor mensen die blind of slechtziend zijn door middel van kleine, snoepachtige modellen.

De door Baylor geleide studie, gepubliceerd op 28 mei in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang, gebruikt gelatinemodellen op millimeterschaal - vergelijkbaar met gummyberen - om de visualisatie van eiwitmoleculen te verbeteren met behulp van orale stereognose, of visualisatie van 3D-vormen via de tong en lippen. Het doel van het onderzoek was om kleinere, meer praktische tactiele modellen van 3D-beelden die eiwitmoleculen afbeelden. De eiwitmoleculen werden geselecteerd omdat hun structuren enkele van de meest talrijke zijn, complexe en hoge resolutie 3D-beelden gepresenteerd in het STEM-onderwijs.

"Je tong is je fijnste tactiele sensor - ongeveer twee keer zo gevoelig als de vingertoppen - maar het is ook een hydrostaat, vergelijkbaar met een octopusarm. Het kan wiebelen in groeven die je vingers niet raken, maar niemand gebruikt echt de tong of lippen bij tactiel leren. We dachten heel klein te maken, 3D-modellen met hoge resolutie, en visualiseer ze met de mond, ' zei Sjaa.

De studie omvatte in totaal 396 deelnemers - 31 vierde- en vijfdeklassers en 365 universiteitsstudenten. Mond, handen en gezichtsvermogen werden getest bij het identificeren van specifieke structuren. Alle studenten werden geblinddoekt tijdens de mondelinge en handmatige tactiele modeltests.

Elke deelnemer kreeg drie minuten om de structuur van een studie-eiwit met hun vingertoppen te beoordelen of te visualiseren, gevolgd door een minuut met een testeiwit. Na de vier minuten, hen werd gevraagd of het testeiwit hetzelfde of een ander model was dan het oorspronkelijke onderzoekseiwit. Het hele proces werd herhaald met behulp van de mond om de vorm te onderscheiden in plaats van met de vingers.

Studenten herkenden structuren via de mond met een nauwkeurigheid van 85,59%, vergelijkbaar met herkenning door het gezichtsvermogen met behulp van computeranimatie. Het testen omvatte identieke eetbare gelatinemodellen en niet-eetbare 3D-geprinte modellen. Gelatinemodellen werden correct geïdentificeerd met snelheden die vergelijkbaar waren met de niet-eetbare modellen.

"Je kunt de vormen van deze kleine objecten net zo nauwkeurig visualiseren met de mond als met het zicht. Dat was eigenlijk verrassend, ' zei Sjaa.

De modellen, die kan worden gebruikt voor studenten met of zonder visuele beperking, bieden tegen lage kosten, draagbare en handige manier om 3D-beelden toegankelijker te maken. De methoden van het onderzoek zijn niet beperkt tot moleculaire modellen van eiwitstructuren - orale visualisatie kan met elk 3D-model worden gedaan, zei Shaw.

Aanvullend, terwijl gelatinemodellen de enige geteste eetbare modellen waren, Het team van Shaw heeft modellen met hoge resolutie gemaakt van andere eetbare materialen, inclusief taffy en chocolade. Bepaalde oppervlaktekenmerken van de modellen, als een eiwitpatroon van positieve en negatieve oppervlaktelading, kan worden weergegeven met behulp van verschillende smaakpatronen op het model.

"Deze methodologie kan worden toegepast op afbeeldingen en modellen van alles, zoals cellen, organellen, 3D-oppervlakken in wiskunde of 3D-kunstwerken - elke 3D-weergave. Het is niet beperkt tot STEM, maar ook nuttig voor geesteswetenschappen, " zei Katelyn Baumer, promovendus en hoofdauteur van de studie.

Shaw's lab ziet orale visualisatie door middel van kleine modellen als een nuttige aanvulling op de multisensorische leermiddelen die beschikbaar zijn voor studenten, vooral die met buitengewone visuele behoeften. Modellen zoals die in dit onderzoek kunnen STEM toegankelijker maken voor leerlingen met blindheid of slechtziendheid.

"Studenten met blindheid worden systematisch uitgesloten van scheikunde, en veel van STEM. Kijk maar eens rond in onze laboratoria en u begrijpt waarom:er staat braille op de liftknop naar het lab en braille op de deur van het lab. Daar houdt de toegankelijkheid op. Baylor is de perfecte plek om STEM toegankelijker te maken. Baylor kan een oase worden voor mensen met een handicap om STEM te leren, ' zei Sjaa.

Shaw is niet nieuw in spraakmakend onderzoek met betrekking tot visuele beperkingen. Hij heeft erkenning gekregen voor zijn werk aan de White Eye Detector-app. Shaw en Greg Hamerly, doctoraat, universitair hoofddocent computerwetenschappen bij Baylor, bouwde de mobiele app die dient als hulpmiddel voor ouders om te screenen op oogziekte bij kinderen. Shaw's inspiratie voor de app kwam nadat zijn zoon, Noach, werd gediagnosticeerd met retinoblastoom op de leeftijd van vier maanden.