Structurele biologie is een inherent visuele wetenschap. Door de 3D-structuren van biomoleculen te onderzoeken, krijgen onderzoekers inzicht in hun functies en bepalen ze hoe ze werken. Als ziende persoon heeft JH-P. dacht daar niet veel over na, totdat een blinde pupil zich bij haar workforce voegde.

OS, die blind is sinds haar geboorte, schreef zich eind 2019 in voor een scheikundestudie aan de Universiteit van Delaware in Newark. Ze was gefascineerd door het idee om computationeel scheikundig onderzoek uit te voeren, maar was niet zeker van het proces en de potentiële uitdagingen die de werk zou opleveren met betrekking tot toegankelijkheid. Het werken met gevaarlijke chemicaliën, kwetsbaar glaswerk en ingewikkelde apparatuur zou voor haar en haar blindengeleidehond Ripple aanzienlijke barrières opleveren. Vervolgens bood een Analysis Experiences for Undergraduates-programma voor scheikundigen met een handicap OS de mogelijkheid om onderzoek te doen in een omgeving die zich bewust was van haar capaciteiten en behoeften. De coördinatoren van het programma brachten OS in touch met JH-P., wiens computationele structuurbiologische projecten een alternatief boden voor benchwork.

JH-P., destijds in haar eerste jaar als faculteitslid aan de universiteit, verwelkomde de uitdaging om haar onderzoek vanuit een nieuw perspectief te benaderen. Bij OS schakelde ze CY in, een specialist op het gebied van assistentietechnologie en assistent-directeur van de ondersteuningsdiensten voor gehandicapten op de campus. Gemotiveerd door de overtuiging dat studenten met een beperking gelijke toegang tot wetenschap moeten hebben, was CY enthousiast om met hen samen te werken.

Met deze hulpmiddelen kunnen slechtziende wetenschappers gegevens en tijdschriften lezen

We wilden een onderzoeksprogramma ontwikkelen dat OS een ervaring zou geven die zou passen bij die van haar leeftijdsgenoten die niet blind zijn. Wat volgde was een opwindende periode van onderzoek en ontwikkeling die resulteerde in een publicatie, een poster op een nationale conferentie en een toolkit om andere slechtziende onderzoekers te helpen met interactie op een gebied waarvan ze zich misschien niet realiseerden dat het voor hen openstond.

Hier is hoe het gebeurde.

Wetenschap-spreek

Onze eerste stap was het onderzoeken van de ondersteunende technologie die het besturingssysteem al gebruikte, waaronder schermlezers en vernieuwbare brailleleesregels. Schermlezers zijn programma’s die gesynthetiseerde spraak gebruiken om de informatie op een computerscherm over te brengen, waardoor gebruikers toegang krijgen tot digitale inhoud door te luisteren. Brailleleesregels gebruiken een reeks mechanische pinnen die omhoog en omlaag gaan om brailletekens te vormen, waardoor gebruikers de tekst kunnen lezen die wordt weergegeven op een scherm by way of aanraking. Eenmaal goed geconfigureerd om te functioneren in een wetenschappelijke computeromgeving (bijvoorbeeld om te werken op het Linux-besturingssysteem) faciliteerden deze instruments veel praktische aspecten van het OS-onderzoek.

Computationeel onderzoek wordt doorgaans gedaan met behulp van een op tekst gebaseerde interface die bekend staat als de opdrachtregel. Onderzoekers kunnen de opdrachtregel gebruiken om instructies aan de laptop te geven, tekstbestanden te maken en te bewerken, code te schrijven en computertaken ter verwerking aan te bieden. Door de tekst die ze had ingevoerd en ontvangen van de computerterminal om te zetten in audio, gaf de schermlezer van OS haar volledige toegang tot deze tekstuele interface. Aangezien de meeste hoogwaardige software program op het gebied van computationele chemie, biofysica en structurele biologie een modus voor alleen tekst bevatten, kon ze de atoomcoördinaten van biomoleculaire structuren downloaden en manipuleren, de bestanden voorbereiden die nodig zijn om hun beweging te simuleren, die simulaties uitvoeren en de resultaten analyseren. .

Af en toe verscheen opdrachtregelinformatie in een indeling die verwarrend was bij het voorlezen door de schermlezer, zoals tabellen. In die gevallen heeft JH-P. schreef code om de informatie automatisch om te zetten in een meer lineair formaat, bijvoorbeeld door tabelgegevens om te zetten in korte zinnen.

De Emacs-teksteditor, die kan worden bestuurd met behulp van sneltoetsen of tekstopdrachten, samen met de spraak- en audio-interface, Emacspeak, zorgde ervoor dat het besturingssysteem snel kon navigeren en interactie kon hebben met de inhoud van tekstbestanden. De brailleleesregel was handig voor het coderen en scannen van tekst in bestanden of op de opdrachtregel, vooral als de stem van de schermlezer onduidelijk was. Eenvoudige plots kunnen worden geïnterpreteerd door middel van sonificatiesoftware, die gegevens omzet in geluiden, waardoor een auditieve in plaats van visuele vorm van analyse ontstaat.

Maar hoe zit het met de biomoleculaire structuren? OS had nog steeds een manier nodig om de complexe 3D-architectuur van biomoleculen te verkennen die niet afhankelijk waren van zicht. 3D-geprinte modellen waren een voor de hand liggende oplossing en bleken nuttig voor het conceptualiseren van eiwitplooien en secundaire structuren. Toch duurde de productie van deze modellen uren en was de hoeveelheid structurele particulars die ze bevatten beperkt. Ze konden ook niet de beweging overbrengen die werd voorspeld door biomoleculaire simulaties.

Chemisch modelleren met tastzin

Om alternatieve strategieën te evalueren, vertrouwden we op de experience van CY op het gebied van tactiele graphics. Tactiele afbeeldingen zijn verhoogde afbeeldingen die vanaf een vlakke achtergrond projecteren en worden geproduceerd door reliëfdruk of door gebruik te maken van een papiersoort die opzwelt door de toepassing van warmte, zodat afgedrukte afbeeldingen van de pagina omhoog komen. Samen OS en JH-P. schreef een plug-in (genaamd TactViz) voor de veelgebruikte Visible Molecular Dynamics (VMD)-software om eiwitten weer te geven als cartoondiagrammen, gearceerd door de afstand tot de kijker. Dergelijke schaduwen resulteren in tactiele afbeeldingen waarin de ruimtelijke nabijheid van structurele kenmerken tot de kijker correleert met de hoogte van het beeld, wat betekent dat gebieden van het eiwit die dichter bij de kijker lijken hoger van de pagina opzwellen. OS was in staat secundaire en tertiaire eiwitstructuren uit deze afbeeldingen te onderscheiden, die snel en goedkoop te genereren waren. We ontdekten dat tactiele graphics ook een geweldige manier waren om toegankelijke plots te creëren, vooral in gevallen waarin het aantal datapunten de sonificatiesoftware te boven ging.

Tactiele dynamiek

Uiteraard kunnen afgedrukte afbeeldingen niet worden geroteerd en gemanipuleerd zoals structuren op het scherm dat wel kunnen, waardoor het vermogen van OS om complexe biomoleculen grondig te onderzoeken wordt beperkt. Toen maakten we echter kennis met de Graphiti, een uit meerdere regels bestaand verversbaar tactiel show vervaardigd (en genereus aan ons uitgeleend) door Orbit Analysis in Wilmington, Delaware. Wanneer het Graphiti-display op de laptop van het besturingssysteem was aangesloten, fungeerde het als een monitor die toegankelijk was by way of aanraking in plaats van by way of zicht, en spiegelde beelden op het scherm met een reeks mechanische pinnen, waarvan de hoogte automatisch werd aangepast als reactie op veranderingen in de helderheid. Onze TactViz-eiwitrepresentaties, al geoptimaliseerd voor tactiele afbeeldingen, werden duidelijk weergegeven op Graphiti, waardoor OS eindelijk interactieve toegang kreeg tot haar biomoleculaire structuren en, tot op zekere hoogte, hun gesimuleerde beweging.

Door deze ondersteunende technologieën te combineren met softwaretools die ze ontwikkelde om op tekst gebaseerde beschrijvingen van de structurele kenmerken van eiwitten en hun ruimtelijke relaties af te drukken, was OS eindelijk in de positie om onderzoek te doen op een vergelijkbaar niveau als haar collega’s, die niet blind zijn. In een jaar tijd had OS gegevens verzameld met behulp van een nationale supercomputer en een toegankelijke affiche over haar mission naar de nationale bijeenkomst van de American Chemical Society in 2020 (die virtueel werd gehouden) en diende een manuscript in¹ naar de logboek van Wetenschap Onderwijs voor Studenten met Handicap.

Omdat ze haar leven had geleefd in een wereld die niet was ontworpen met haar omstandigheden in gedachten, was OS geen onbekende in het bedenken van oplossingen om haar doelen te bereiken. Dergelijke flexibiliteit en aanpassingsvermogen zijn essentiële vaardigheden voor elke onderzoeker, en deze kwaliteiten hebben haar succes in het laboratorium bevorderd. Ook cruciaal voor onze samenwerking was het reactievermogen van JH-P. en CY op de gestelde behoeften van OS, in plaats van op hun aannames.

Door respectvolle communicatie, geduld en outside-the-box-denken hebben we onze gecombineerde experience benut om hanteerbare oplossingen voor inclusiviteit te ontwikkelen die een affect hebben die verder gaat dan de ervaring van een enkele pupil. De gemeenschap van blinden en slechtzienden vertegenwoordigt een onaangeboorde talentenpool op het gebied van wetenschap, technologie, techniek en wiskunde (STEM), maar hulpmiddelen die zijn ontworpen met het oog op toegankelijkheid kunnen onderzoekers in meerdere disciplines helpen, ongeacht hun gezichtsscherpte of beperkingen. We hopen dat we door het delen van onze ervaringen anderen kunnen motiveren om deel te nemen aan het opleiden van onderzoekers die blind of slechtziend zijn, en om rekening te houden met hun unieke vaardigheden en behoeften bij het ontwikkelen van technologieën.