贝勒研究结合了石棺，3D打印，使个人能够“看到”数据，而不管视力水平如何

贝勒研究结合了石棺，3D打印，使个人能够“看到”数据，而不管视力水平如何

• 2022-11-30
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贝勒大学科学家使用老式的艺术形式和3D打印在消除失明或低视力个体被排除在化学和其他生命科学之外方面取得了重大进展。

得克萨斯州韦科(2022年8月17日)——由贝勒大学化学家领导的一个研究小组在消除失明者被排除在化学教育和经验之外的做法方面迈出了开创性的一步。在今天发表在《科学进展》杂志上的一篇文章中，研究人员详细介绍了他们如何使用石棺(一种老式的艺术形式)和3D打印将科学数据转化为触觉图形，以视频般的分辨率发光，从而实现盲人和视力正常人对同一数据进行普遍可视化。

虽然石棺是一种古老的艺术媒介，但直到现在，它从未被用于以定量，受控的方式表示科学数据和图像，以进行触觉可视化和触觉整合。

贝勒的研究 - “所有人的数据：以完美的分辨率点亮的触觉图形” - 比较了盲人和视力人士如何通过触摸或视力解释石棺数据。根据这项研究，参与者队列测试了五种石棺形式 - 凝胶电泳图，显微照片，电子和质谱以及教科书插图 - 通过触觉传感或视力以79%的总体准确度解释所有五种石棺。

研究人员专注于创建和测试化学科学中发现的数据的石棺，因为化学中明确和系统地排除了失明的学生，研究人员指出，“在实验室安全性和化学的'视觉'性质的基础上，教育工作者，父母，同龄人或自我都可以将其视为一种美德。

“这项研究是艺术使科学更容易获得和包容的一个例子。艺术正在从自身中拯救科学，“化学和生物化学教授Bryan Shaw博士说，他是贝勒Shaw研究小组的负责人，也是该期刊文章的通讯作者。“科学的数据和图像 - 例如，从新的韦伯望远镜出来的惊人图像 - 对盲人来说是无法获得的。然而，我们表明，薄的半透明触觉图形，称为石棺，可以使所有这些图像可供所有人使用，无论视力如何。正如我们喜欢说的，'人人有数据'。

旧艺术形式的新用途

石棺可能早在六世纪就在中国创造，并于19世纪在欧洲普及，是由半透明材料(第一个瓷器和蜡，现在是塑料)制成的薄版画，最初在环境光下看起来不透明。然而，当被任何光源(从天花板灯到阳光)背光时，石粉会像数字图像一样发光，光通过半透明材料散射导致较薄的区域看起来更亮，较厚的区域看起来更暗。使用免费的在线软件将二维图像转换为3D地形图，本研究中的科学家使用3D打印来制备石棺。

“石藻的想法是Shaw博士一直在玩的一个概念，我认为这是一个绝佳的机会，可以帮助一群在化学领域受到污名化的人，”共同主要作者Jordan Koone说，他是贝勒大学化学博士候选人，也是Shaw实验室的成员。“看到盲人一生都被告知他们无法在科学领域表现出色，这真是太棒了，他们像一个有视力的人一样容易地解释数据。

参与者队列包括有或没有眼罩的视力学生和五名自童年或青春期以来经历过完全失明或低视力的失明者。其中四名失明患者在测试前获得了化学博士学位，第五个人是贝勒大学的一名本科生，他在高中时经历了完全视力丧失。这些盲人是本研究的合著者，但没有参与特定数据集的设计。

“在从事石棺项目之前，我相信研究仅限于在实验室环境中进行的实验，”共同主要作者Chad Dashnaw说，他是贝勒大学化学博士候选人，也是Shaw实验室的博士候选人。“但研究只是试图回答未解答的问题，我们在这里的工作正在回答一个非常重要的问题：盲人可以成为STEM的一部分吗?Lithophanes提供了一种数据格式，可以在视力和盲人之间普遍共享，使STEM更容易被以前被忽视的人使用。

研究发现，所有五种石棺的平均测试精度为：

96.7%用于盲触觉解释，

92.2%用于背光石炭的有目解释和

79.8%用于蒙住眼睛的触觉解释。

视力正常的参与者能够以88.4%的视力准确解释计算机屏幕上的数字图像。对于80%的问题，盲人化学家的触觉准确性等于或优于对石砜烷的视觉解释，这表明石砜可以作为一种可共享的数据格式。事实上，Shaw说，研究中的一些盲人化学家具有如此的触觉敏感性，以至于他们可以感觉到数据的触觉特征，而视力正常的个体几乎看不到自己。

首次“看到”数据集

该研究的共同作者Hoby B. Wedler博士是加利福尼亚州佩塔卢马的Wedland集团的企业家，化学家兼首席执行官，他在与Shaw的Zoom通话中首次解释了lithophane数据。对于他的研究合著者和化学家同事来说，这是一个最有意义的时刻，因为韦德勒出生时是盲人，但获得了理论化学博士学位，他通过触摸高分辨率触觉图形首次看到了数据。

“你可以看看这个，它看起来和我的感觉一模一样，”韦德勒说。“我从来没有感觉到质谱。我从没想过我能通过这样的分析数据集进行对话。天空是这里的极限。

视频：Hoby Wedler博士出生时失明，在加州大学欧文分校获得化学博士学位，他使用他在石棺上的触觉可视化科学数据，这是从数字图形转换而来的触觉图形。Wedler博士是该研究的共同作者之一。视频由Bryan Shaw博士提供。

“他们非常高兴终于看到了他们听说了这么长时间的数据和图像。他们确实看到了这些数据。因为你用你的思想而不是你的眼睛来看待，“肖说。

该研究最着名的共同作者之一是贝勒本科生和研究员诺亚库克。今年春天，库克在贝勒完成了他的第一个学期，尽管他在高中高年级失去了所有的视力。

“这个项目的五位盲人合著者是我有幸与之合作过的最有趣和最勤奋的人，”Dashnaw说。“多年来，他们一直听说过SDS-PAGE或质谱之类的东西。但是他们从来没有机会自己观察一个，更不用说解释它了。石棺给了他们这个机会。他们能够详细解释他们的感受，这与我们所看到的完全吻合。

向K-12年级开放化学

这项涉及Shaw团队的最新研究扩展了贝勒的研究，以消除盲人或视力低下的K-12学生学习和学科化学的障碍。

Shaw最近获得了美国国立卫生研究院(NIH)的130万美元赠款，用于一个史无前例的早期干预项目，该项目开放了实验室工作，并提供触觉化学教育材料和设备。该项目结合了高科技和低技术的方法，将机器人和技术与教育材料和“实验室黑客”相结合，使失明和低视力的学生能够参与与视力正常的学生相同的角色和日常工作，包括使用石棺。

“以完美图像分辨率点亮的触觉图形的巧妙之处在于，我用眼睛能看到的一切，另一个盲人可以用手指感觉到。因此，它使所有高分辨率图像和数据都可访问和共享，无论视力如何。我们可以和任何人坐在一起，盲人或有视力的人，谈论完全相同的数据或图像，“肖说。

这项为期五年的赠款 - 与奥斯汀的德克萨斯州盲人和视障者学校(TSBVI)合作 - 通过NIH的科学教育合作伙伴奖(SEPA)计划资助，该计划旨在促进K-12年级儿童的科学，技术，工程和数学(STEM)项目。

Shaw和他的合作者最初将他们的项目重点放在高中生身上，为150名TSBVI学生开发了一个试点项目，让他们参与教育和课程，并在校园和Shaw在贝勒的实验室内接受材料培训。该试点预计将于今年秋季启动，整个计划预计将于2023年春季至2027年开始。未来，该团队希望扩大该计划，以包括刚刚开始科学研究的儿童的资源。

超越化学

Shaw说，石棺数据格式或LDF以及所有运动的数据超越了化学或科学，可用于任何主题，从艺术，历史，哲学以及使用图像或图形的任何地方。通过这项最新研究，任何具有触觉的人都可以获得可共享和可访问的数据。

对于博士候选人Koone和Dashnaw来说，这项研究突出了贝勒的核心价值观之一：促进新知识和研究的发现，以改善人类。

“我每天做的大多数研究都不会对科学界产生重大影响。然而，石棺项目允许实时进行真正的变化，“Dashnaw说。“我们正在使视力障碍患者更容易获得STEM，并提请人们注意他们的系统性排斥。

关于作者

除了Koone，Dashnaw和Shaw之外，作者还包括Emily A. Alonzo，Miguel A. Iglesias，Kelly-Shaye Patero，Juan J. Lopez，Ao Yun Zhang和Noah E. Cook，贝勒大学化学和生物化学系;Bernd Zechmann，博士，贝勒大学显微镜与成像中心;Mona S. Minkara，博士，东北大学生物工程系;Cary A. Supalo，博士，教育测试服务，普林斯顿，新泽西州;Hoby B. Wedler，博士，Wedland Group，Petaluma，Calif.;Matthew J. Guberman-Pfeffer，博士，耶鲁大学分子生物物理学和生物化学系，纽黑文。

这项工作由美国国家科学基金会赠款1856449，韦尔奇基金会赠款AA-1854和NIH赠款R25GM146265资助。