玩个游戏我能就发Nature了?

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2019年,国际权势期刊《自然》(Nature)刊登了一篇论文,内容理会了几种蛋白质组织[1],作者之一叫福迪特·普雷尔(Foldit Players)[原文来自:www.777y.com]


[原创文章:www.777y.com]

翻看这位作者的论文列表,会发现他学术水平很高。早在2010年,他关于蛋白质的研究就揭橥在了《自然》[2]。除此之外,福迪特还先后在《自然通信》(Nature Communication),《美国国度科学院院刊》(PNAS)等多个权势期刊揭橥过论文。


其实,我就是福迪特·普雷尔。


准确地说,我是他的1/800000。


几十万人的折叠游戏


福迪特·普雷尔,Foldit Players,真正的翻译是“Foldit玩家”。 


而Foldit,是一款让玩家介入折叠蛋白质组织的在线游戏。


蛋白质是生命的根本组成之一,其组织解析,对熟悉生命本质和药物设计都有首要意义。


不过,蛋白质的空间组织极其复杂:由氨基酸组成的多肽链折叠盘旋而成。虽然角力机可以凭证蛋白质的氨基酸序列,瞻望出空间组织,但这需要大量运算,获得的事实也不足准确。


或许,是时候让我们的脑子登场了——人脑很擅长处理三维空间组织。是以,Foldit进展能行使人类这种脑子脑壳优势,匡助理会蛋白质组织。


游戏的斥地者将蛋白质组织转化为一个个谜题,玩家经由弯折、拖拽等把握,找到优化组织的体式,从而解决谜题。


Foldit游戏界面 | 圆的方块


今朝,有大约80万玩家介入了Foldit。


2010年《自然》杂志刊登了一篇瞻望蛋白质组织的论文,5万7千名玩家供献了理会事实。玩家们集思广益,在解析蛋白质若何折叠的示意上,跨越了轨范算法[2]。


2011年,Foldit玩家更是帮了大忙,他们匡助解读了一种逆转录病毒蛋白酶(M-PMV)的组织。这种蛋白酶是艾滋病毒在人体细胞中滋长的关键,而对它的组织解析是一个十五年都没能解决的科学问题。在游戏中,玩家们破解它的组织,只用了不到3周[3,4]


匹敌新冠病毒,Foldit也在做着自己的供献。今朝,社区中最火热的项目之一,名叫“冠状病毒连络蛋白设计”(Coronavirus Binder Design)。玩家需要设计一种能和冠状病毒刺突蛋白连络的新蛋白,从而阻止病毒与人类受体互相浸染,这对新冠特效药的斥地有首要意义。


Foldit中关于冠状病毒的谜题 | fold.it


与任何游戏一样,Foldit玩家有积分,有公会,也有排行榜。今朝,积分最高的是一名德国玩家,名叫mirp,从属于全服最强公会“科学给我冲”(Go Science),这个公会在“小分子设计”等多个领域贯穿总积分第一。紧随其后的“人择妄想”(Anthropic Dreams)公会,他们在“组织瞻望”等类别中排在榜首。


两家顶级公会在细分领域的积分排名 | fold.it


在Foldit的官网,有一个页面专门记录了Foldit玩家介入的学术论文,翻看长长的列表,不得不感伤群众伶俐的力量。


Foldit玩家介入的部门学术论文 | fold.it


为什么科研需要游戏?


除了Foldit顶用到的空间脑子脑壳能力,在模式识别、多方博弈等领域,人的示意有时比机械或许数学模型更好。是以,越来越多的科研项目安家在游戏中,守候着人民群众施展伶俐。


《无主之地》(Borderlands)是一款有名的打枪游戏。在系列新作《无主之地3》中,你会在角削发现一台游戏机,里面有一个排列方块的拼图小游戏。玩这个游戏,玩家就能匡助科学家绘制和对比肠道微生物DNA信息 [5]


无主之地3中科学小游戏截图 | borderlands.com


方块拼图游戏和微生物DNA有什么关系?


其实,游戏平分歧色彩的小方块就代表了微生物DNA的核苷酸。


微生物DNA链稀奇复杂,现有的角力机精度不足,在清算此类数据时,随意储蓄大量的微小错误。是以,游戏斥地者将DNA的核苷酸转化为小方块,而玩家需要把它们排列到正确的位置上,这一过程,就能帮科学家挑出真实数据中的错误。


通关这款游戏的奖励是——《无主之地3》中人物的限量款皮肤。


无论是Foldit,照样《无主之地3》中的科学游戏,人类其实都在饰演对象人的角色:匡助机械理会或许纠错。


人类伶俐获得最充实施展的领域,照样人与人之间的博弈,最典型的例子就是生意生意。


现在多少人家里都安装了太阳能,有时产的电多了,就想卖出去。然则这些细碎的电不适合并入电网,最佳体式是直接卖给邻居。


怎么卖,卖若干,买给谁,怎么定价。这些问题加起来,使这种点对点(P2P)的私人电力生意变得无比复杂。


有一个团队,想经由研究能源生意中的互动与博弈,竖立合适的模型,从而帮治理者制订合适的政策。


起先,研究者行使数学模型,理会实验受访者的生意过程。然则后来他们发现,对比冷冰冰的数学模型,卡片游戏的形式,更能激发受访者的介入度,从而更真实地回响生意中的各类博弈。于是,他们索性斥地了一款名为“Watts the Deal”的桌游 [6]


Watts the Deal游戏界面 | wattsthedeal.org


游戏介入者将饰演住户的角色,他们需要在其他玩家的电力生意中,知足自己家的能源需求。


研究团队从大量玩家的互动中,络续吸取经验,改善自己的理论模型,从而更准确地回响真实世界的式样。


Watts the Deal桌游现场 | wattsthedeal.org


现在,研究者们开源了游戏的素材,人们可以免费下载打印,呼朋唤友一路玩。


试问,谁不想来一场烧脑的能源生意呢?


真正的“民科”


无论是80万人介入的Foldit,照样三五石友就能玩的“Watts the Deal”,游戏目的都是让公家介入科学研究。


这或许算是真正的“民科”。不过,这里的“民科”,准确来说是公民科学(Citizen Science),也就是号召人人一路出力解决科学问题。


公民科学的概念早已有之。


20世纪早期,业余天文喜爱者会帮天文学家观测记录彗星的轨迹;现在,观鸟喜爱者会匡助生物学家记录鸟群迁徙路线,从而珍爱特定的鸟类种群;互联网普及后,公家更随意介入研究项目,形式也更多样,游戏就是个中之一。


看到这里,有些同伙就要问了:“唉,我不玩游戏咋整?是不是没有发Nature的机会了?”


不不不,其实你只要下载个轨范,就能开启弘远的科研索求。


如今,多少科学实验会发生海量数据,而理会这些数据需要大量算力。一些研究者就想让民众介入数据理会的过程。说白了,就是蹭一下群众们的CPU


公家介入的科学角力项目中,BOINC最为知名。


准确地说,BOINC是一个分布式角力平台,多少研究组将项目打包放在BOINC上,进展民众下载介入。从这一点上看,BOINC在公家科学中饰演的角色堪比游戏界的Steam。


实时统计浮现,当前时间正有将近10万名活跃的自愿者为BOINC平台供献着自己的算力 | Boinc.berkeley.edu


BOINC这个平台前身是SETI@Home,SETI是Search for Extraterrestrial Intelligence的简写,SETI@Home翻译过来就是:在家寻找外星智能生命。


SETI@Home项目自1999年起头运行,下载他们的一个小轨范,就能让自己的电脑在余暇时间,匡助理会大型射电千里镜采集的无线电旗子,寻找外星智能存在的证据。


SETI@Home运行界面 | LGPL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=364292


2005年项目住手时,SETI@Home也没发现外星人的蛛丝马迹。不过,在此时代,这个项目拥有了500万介入者,储蓄了近200万年的CPU运行时间,处理了跨越13亿个数据单元。


SETI@Home的成功,让更多科研机构,领略了民间力量的强大。于是多少“在家”(@Home)研究项目奔涌而出,汇聚到了BOINC。


这个中有:“宇宙在家”(Cosmology@Home),研究宇宙模型及其相关的物理天文学信息;“强子对撞机在家”(LHC@Home),协助设计并改善LHC粒子加速器;“药品发现在家”(DrugDiscovery@Home),研发药物以治疗人类疾病。


浏览BONIC项目列表时,我甚至看到了“中科院在家”(CAS@Home)


BONIC部门项目列表 | Boinc.berkeley.edu


这些项目经由世界人民的起劲,络续产出科研功能。


比如,2019年揭橥在《物理谈论D》(Phys. Rev. D)上的一篇论文,名为《Einstein@Home对于仙后座A,Vela Jr.和G347.3的连续引力波之搜刮事实》 [7]。论文中引力波天文台的海量数据理会,就多亏了“爱因斯坦在家”(Einstein@Home)自愿者们供给的强大角力能力。


让我们建一个新巴别塔


玩着Foldit谜题,看着BOINC运行时的界面,想到还有几十万人在干同样的事。


恍惚间,感受这还真是了不得。


圣经中有一则“巴别塔”的典故。起先,人们说着统一种说话,人人心里全无芥蒂,预备齐心合力盖一座纵贯天际的高塔。上帝见了,十分不悦,于是把人们的说话打乱,让他们涣散各地。此后,人类布满了曲解、隔阂与纷争。


如今,游戏和分布式角力饰演起“统一种说话”的角色。借此,人类或许有机会去盖起科学的高塔。


PS:赶紧去翻一翻BOINC的项目列表,下一篇Nature,你就是合营作者!


作者手刺


作者:圆的方块

编纂:范可鑫

排版:雷昱儿

题图起原:Pixabay


参考文献:

[1] Koepnick, B., Flatten, J., Husain, T. et al. De novo protein design by citizen scientists. Nature 570, 390–394 (2019). https://doi.org/10.1038/s41586-019-1274-4

[2] Cooper, S., Khatib, F., Treuille, A. et al. Predicting protein structures with a multiplayer online game. Nature 466, 756–760 (2010). https://doi.org/10.1038/nature09304

[3] Khatib, F., DiMaio, F., Cooper, S. et al. Crystal structure of a monomeric retroviral protease solved by protein folding game players. Nat Struct Mol Biol 18, 1175–1177 (2011). https://doi.org/10.1038/nsmb.2119

[4] Praetorius, Dean. Gamers Decode AIDS Protein That Stumped Researchers For 15 Years In Just 3 Weeks. The Huffington Post. 2011-09-19 [17 November 2016].

[5]https://borderlands.com/zh-CN/news/2020-04-07-borderlands-science/

[6] Fell, M.J., Schneiders, A. Make fun of your research. Nat Energy (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-020-0623-8

[7] Ming, J., Papa, M. A., Singh, A. et al. Results from an Einstein@Home search for continuous gravitational waves from Cassiopeia A, Vela Jr., and G347.3. Phys. Rev. D 100, 024063 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevD.100.024063


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【扩展阅读】陷溺游戏,会影响做科研吗?



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