Modelos similares a caramelos de goma pueden ayudar a los estudiantes con ceguera a estudiar química | Ciencias

Si sostiene una mora, es probable que sienta sus protuberancias y surcos con las yemas de los dedos. Cuando se lo meta en la boca, puede usar la lengua para sentir su estructura bulbar. Y si eres como Bryan Shaw, bioquímico y biofísico de la Universidad de Baylor, notarás que la fruta recuerda a la estructura de una molécula muy grande.

Para Shaw, usar su boca para explorar una mora en el desayuno fue un momento de bombilla. Vio la oportunidad de crear una nueva forma para que los estudiantes con ceguera visualicen estructuras moleculares complejas. El hijo de Shaw perdió un ojo debido al retinoblastoma cuando era joven. Mientras pasaba tiempo con él y un amigo suyo que es completamente ciego, Shaw notó su tendencia a explorar su entorno metiéndose objetos extraños en la boca. Esto lo llevó a explorar cómo su equipo de investigación podría promover la educación STEM para estudiantes con discapacidad visual. Hoy, Shaw y su estudiante graduada Katelyn Baumer publicaron un papel en Avances de la ciencia informando sobre el éxito del uso de pequeños modelos tridimensionales para ayudar a los estudiantes con ceguera a percibir y visualizar estructuras de proteínas usando la boca.

«Cuando ha perdido la visión por completo … necesita utilizar todos los sentidos que tiene, y la lengua es el sensor táctil más fino que tiene», dice Shaw.

El equipo creó pequeños modelos que van desde el tamaño de un maní hasta el de un grano de arroz. Hicieron modelos económicos con gelatina comestible de ositos de goma que se pueden aromatizar para mejorar aún más la experiencia sensorial y se pueden empaquetar como un caramelo. E hicieron otros modelos de resina quirúrgica no comestible. En este estudio de prueba de concepto, los autores dicen que estos modelos tienen el potencial de ser fabricados a bajo costo, fáciles de transportar y seguros de usar, y en el caso de la resina, seguros de lavar y reutilizar.

Aproximadamente 39 millones de personas experimentan ceguera y 285 millones de personas tienen discapacidad visual en todo el mundo, según el Organización Mundial de la Salud. A los estudiantes con impedimentos visuales a menudo se les desalienta de participar en química y otras ciencias porque se los considera demasiado peligrosos o demasiado visuales para alguien sin vista.

“Históricamente, es una virtud mantener a los niños ciegos fuera de la química; les estás haciendo un favor porque la química es tan peligrosa”, dice Shaw. “Esto es un problema porque la química es una ciencia central. Y si mantiene a los niños fuera de la química, los mantiene fuera de una comprensión profunda de muchas cosas «.

Hoby Wedler, un químico y empresario con doctorado que no participó en el estudio y que nació completamente ciego, dice que los nuevos modelos están revolucionando las reglas del juego. Las proteínas plegadas son algunas de las imágenes 3D más comunes y complejas que se presentan en STEM.

“Tener acceso a esas estructuras y poder explorarlas y comprenderlas haría que la química de las proteínas fuera mucho más accesible para mí”, dice Wedler. «Cualquier herramienta que podamos utilizar para empoderar a los científicos y hacer retroceder las fronteras de lo que pensamos que era imposible es genial».

Módulo molecular hecho de resina

Un niño se lleva a la boca un modelo no comestible de resina. Un cordón de seguridad lo ayuda a mantenerlo en su lugar.

(Bryan F. Shaw)

La química y la bioquímica requieren una comprensión de la forma y función de miles de proteínas y otras moléculas complejas. El método más común para presentar a los estudiantes ciegos estas formas microscópicas es crear grandes modelos manuales.

“Yo enseño bioquímica y hay 1.100 ilustraciones en el libro de texto. Todas esas imágenes son inaccesibles para un estudiante si eres ciego; necesitas un modelo ”, dice Shaw. “Pero no puede llevar consigo un modelo táctil del tamaño de una pelota de béisbol por cada imagen 3D de su libro. Necesitarías una camioneta más grande que la que conducen en Texas «.

En cambio, los investigadores buscaron crear algo mucho más conveniente. Extrajeron la estructura cristalina de nueve proteínas del Banco de datos de proteínas, un depósito de información sobre las formas tridimensionales de moléculas biológicas complejas. Para algunos modelos, moldearon esa gelatina comestible en formas del tamaño de un maní. Para crear réplicas aún más pequeñas, recurrieron a un tipo de resina no tóxica que se usa comúnmente en cirugía dental. Este material no comestible se puede imprimir en 3D para hacer modelos de alta precisión tan pequeños como un grano de arroz.

Los investigadores vendaron los ojos a 281 participantes del estudio en edad universitaria, todos ellos videntes, y les dieron a cada uno un modelo de proteína para que lo sintiera en la boca. Luego ofrecieron a los participantes cada uno de los nueve modelos de proteínas y les pidieron que los sintieran en la boca e identificaran el modelo original. En promedio, los participantes pudieron recordar los modelos usando la boca con un 85,6 por ciento de precisión. Cuando se les pidió que usaran sus manos para identificar proteínas, los participantes acertaron el 84,8 por ciento de las veces.

Luego, los investigadores pidieron a un grupo diferente de participantes videntes que estudiaran un modelo informático de una proteína usando su visión y eligieran ese modelo de un carrusel de modelos visuales de otras proteínas. Fueron capaces de recordar correctamente la proteína el 87,5 por ciento del tiempo.

Cuando realizaron una prueba a menor escala con 31 estudiantes en la escuela primaria, registraron resultados similares. Las similitudes estadísticas en cómo los estudiantes pueden sentir con la boca en comparación con sus manos y ojos se alinean con la comprensión de algunos neurocientíficos de que la percepción sensorial oral está profundamente arraigada en la forma en que los humanos experimentan su entorno.

“Es algo intuitivo”, dice Shaw. “No tuvimos que capacitar a los estudiantes sobre cómo hacer esto. Simplemente lo hicieron «.

Modelos moleculares hechos de gelatina

Los modelos de moléculas de gelatina, codificados por color según el sabor, son aproximadamente del tamaño de un caramelo Starburst.

(Bryan F. Shaw)

La lengua es una estructura compleja que consta de músculos densamente empaquetados que pueden moverse con fluidez y alcanzar espacios reducidos, lo que la hace muy adecuada para explorar las complejidades de modelos diminutos.

Cuando la lengua detecta la composición de un objeto, envía una señal a la corteza somatosensorial del cerebro para crear una imagen visual. Los autores dicen que la resolución de la lengua es de aproximadamente medio milímetro, mientras que la de las yemas de los dedos es el doble de grande con un milímetro. Cuando se les ofrecieron los modelos de tamaño más pequeño, aproximadamente del tamaño de un grano de arroz, alrededor del 40 por ciento de los estudiantes recordaron mejor el uso de la boca, en comparación con el 30 por ciento que usaron los dedos con mayor precisión.

“Para mí es casi un poco más primitivo y un poco más preciso que sentir las cosas con las manos”, dice Wedler. “Cuando siento cosas con mis manos, las asimilo, pero no están tan incrustadas en mi mente y en mi ser. Cuando siento cosas en mi paladar con mi lengua, realmente las hago parte de mí «.

Wedler dirige una empresa que ayuda a las personas a desarrollar lo que él llama «alfabetización sensorial» o utilizar plenamente el gusto, el tacto y el olfato para complementar la vista. Dice que siente que no necesita esforzarse tanto para crear imágenes mentales de objetos cuando detecta con la boca.

«Como químico ciego, he tenido problemas para comprender la estructura de las proteínas», dice Mona Minkara, bioingeniero de la Northeastern University.

Cuando era estudiante, creó modelos de proteínas utilizando materiales para manualidades como PlayDoh y limpiapipas. En su trabajo actual como química computacional que estudia los surfactantes pulmonares, dice que es fundamental visualizar la estructura de los compuestos con los que está trabajando para comprender sus funciones. Las herramientas como los modelos braille y táctiles son útiles para comprender ciertos conceptos, pero estos minimodelos sensoriales orales ofrecen una solución con la que otras tecnologías de asistencia no se pueden comparar.

«La ciencia realmente es observable por cualquiera de nuestros sentidos», dice Minkara. “Si esto funciona tan bien como lo imagino, se está rompiendo una barrera enorme. Ya no necesitas tus ojos para interactuar con la información. Eso es brillante.»

Shaw dice que espera que productos como estos modelos alienten a los niños con discapacidades visuales a sentirse seguros al involucrarse con STEM desde una edad temprana. Los autores dicen que cuando se usa resina, la fabricación de los modelos cuesta aproximadamente diez centavos. Shaw imagina que si algún día se aprueban para la venta, serán lo suficientemente baratos y fáciles de producir para que los estudiantes, ya en tercer grado, puedan jugar con tarrinas, como lo hacen con Legos.

“Espero que este documento ayude a concienciar al público sobre estos problemas. No es que los educadores sean malos, simplemente no saben qué hacer, no tienen las herramientas ni los recursos ”, dice Shaw. «La exclusión de los niños ciegos en química y STEM va a llegar a su fin».