国外开发生物学网游 让玩家为科研做贡献

国外开发生物学网游 让玩家为科研做贡献
　　电子游戏在我们的生命中占据了相当大的一部分时间。根据2011年的一项数据，到21岁的时候，一个普通的电子游戏玩家在游戏动画上花费的时间相当于他(她)整个中学阶段的上课时间。而更早的一项统计给出的数字是，仅仅在一年里，全世界玩接龙游戏的时间累计为90亿小时，相当于建设500条巴拿马运河的时间。
　　几名生物学家和计算机专家在三年前的一次头脑风暴中获得一个创意：何不让人们将花在打怪兽和救公主上的脑力用于科学研究？他们研发了一款叫做“Foldit”(折叠)的网络游戏，玩家在游戏的竞争中有可能为医学研究做出贡献，甚至于找到治疗艾滋病或阿尔茨海默症的药物。

游戏原画截图

　　Foldit游戏有着诡异却又诱人的画面，玩家的任务就是折叠蛋白质，寻找它最稳定的状态。
　　研发这款游戏的三位主角分别是华盛顿大学的计算机专家左兰·波波维克(Zoran Popovic)、生物学家大卫·贝克(David Baker)和计算机科学家大卫·肖森(David Salesin)。游戏于2008年上线，2010年研究人员和玩家在《自然》杂志上发表第一篇论文，2011年他们在包括《美国国家科学院院刊》(PNAS)在内的几家重要学术刊物上一口气发表了五篇论文。
　　在这些文献的署名中，多数都会出现“Foldit玩家”这样一个看起来有点怪怪的集体署名。根据游戏上线之初波波维克的豪言壮语：“我们可能改变科学研究的方式，以及完成科研的群体。我们的终极目标是，让普通人来玩这个游戏，产生出诺贝尔奖级别的成果。”
　　草根分子生物学家
　　Foldit游戏有着诡异却又诱人的画面——特别是对没有生物学背景的新玩家而言更是如此。一条或者多条彩色链状物以各种形态弯曲折叠，某些链条呈绿色，某些链条呈红色。链条与链条之间可能还存在蓝白相间的条带。这一切都足以让初次接触Foldit的人一头雾水。
　　不过，只要简单地接受一下在线培训，就能很快掌握游戏设计的基本规则。游戏规则完全按照现实中的物理规律设定。玩家的任务就是折叠蛋白质，寻找它最稳定的状态。
　　虽然蛋白质种类繁多，但它们都是由一条或者多条氨基酸链(肽链)折叠而成的。一种蛋白质只有一种特定的形状，这种形状下的蛋白质能保持在最稳定的状态。就如同山坡上的皮球在自然状态下总会往山下滚，直至到达山脚才静止下来，达到稳定状态。Foldit的游戏原则之一，就是需要玩家找寻蛋白质最稳定的形状。这个游戏赋予用户一系列的控制功能，如“摇动(shake)”、“摆动(wiggle)”、“重建(rebuild)”等，用来调整蛋白质的侧链和骨架，以获得最佳能量构造。用户能够以单独或者集体的形式来进行游戏，通过改进结构预测方案来获得积分。
　　“我玩这个游戏纯粹是觉得好玩，我想知道像我这样一个生命科学白痴能不能对分子生物学研究做出贡献。”66岁的玩家迈克尔·卡西迪(Michael Cassidy)对南方周末记者说。他住在纽约布鲁克林，退休前从事杂志出版工作。
　　他为分子生物学做出贡献的方式，就是坐在电脑前，发挥他的空间想象能力，用鼠标拖拽那些奇怪的彩色链条。卡西迪加入了一个名为虚无之客(Void Crashers)的玩家小组，成为小组中年纪最大的一名玩家，后来还成为了队长。2011年10月，卡西迪带领的“虚无之客”出现在《自然》的子刊上，成为对艾滋病毒成熟和复制具有重要作用的一种逆转录蛋白酶分子结构的发现者之一。
　　这一类酶叫做“逆转录病毒蛋白酶M-PMV”，在艾滋病毒的成熟和自我复制过程中起着非常重要的作用。在对抗艾滋病毒的研究过程中，科学家们一直希望能够抑制或阻断逆转录酶的作用。而长期以来，研究人员一直都没有确定逆转录蛋白酶的分子结构。
　　“有些人就是能观察两分钟游戏，然后就得到最高分。他们甚至自己都不知道是如何做到的，但是他们就是能以某种方式做到。”贝克说。
　　人脑提示电脑
　　人体中有超过10万种不同的蛋白质，蛋白质的生物合成在理论上已经为人类所了解，但要预测蛋白质的结构，需要的计算量非常之大。
　　早在2005年，华盛顿大学贝克实验室开发了一个名为“Rosetta@home”的分布式计算项目，用于蛋白质结构预测、蛋白质-蛋白质对接和蛋白质设计的研究。所谓分布式计算，就是将需要进行大量计算的项目数据分割成多个小块，散发给多台计算机分别计算，再上传运算结果并统一合并，最终得出数据结论。
　　在全球范围内，对这个项目感兴趣的任何人都可以加入这个计算网络，成为该项目的志愿者。志愿者所要做的仅仅是安装某些特定的程序。当志愿者的电脑存在闲置处理能力时，程序会自动利用这些闲置资源进行数据计算。因此，志愿者自身并不需要进行手动的计算操作。
　　但是，计算机在计算过程中会遇到一些无法解决的困难，就好比人类一眼就能识别出网站登录的验证码，而计算机却做不到。如果完全使用计算机进行运算，可能需要花费几个世纪。
　　此时，计算机就需要人类给一点提示。
　　贝克在肖森的撮合下见到波波维克，他说需要发明让玩家能够做出提示的屏保程序。波波维克回答他：“没人会关心这个的。你要真想让人参与，你就得把人放在中心位置。”
　　于是他们一拍即合，开始开发一款全新的网络游戏。Foldit依然属于分布式计算项目家族，但它需要玩家亲自动手参与蛋白质的结构预测和设计。玩家不需要有生物化学知识背景，因为游戏利用的是人脑天生的空间感知和推理能力。
　　虚无之客小组来自德国的玩家Madde对M-PMV结构的发现做出了不小的贡献。“我从2008年5月Foldit上线之后就开始玩这个游戏，我也是虚无之客的早期成员之一。”他对南方周末记者说。Madde目前还是德国“Foldit 百科”的主要推动者之一，可他就是一个对生物化学一窍不通的人。卡西迪说：“我们团队中既有17岁的高中生，也有像我这样的66岁的退休老人”。
　　Foldit不仅在“易操作性”方面获得了较好的玩家体验，它在科学研究方面也获得了巨大的成功。在全球数千名玩家的集体参与下，研究人员只花了三个星期就获得了此前一直困扰他们的逆转录蛋白酶的精确分子结构。
　　还能玩出什么名堂
　　研究人员越熟悉蛋白质的折叠方式，就越有可能设计出更好的蛋白质药物用于疾病治疗。例如对癌症的治疗。
　　癌症与艾滋病不同，它源于身体内部。当身体某些部位的细胞不受控制地发生增殖时，就会引发癌症。在正常情况下，身体中存在一系列限制细胞无限增殖的蛋白质。但在某些外部因素——如紫外线、香烟中的化学物质等——的刺激下，抑制肿瘤的基因可能受到损害。基因发生了变化，产生的蛋白质也有可能会失去原有的功能。若能弄明白这些功能蛋白质的结构并设计出类似的具有相应治疗功能的蛋白质，那么就能产生一定的治疗效果。此外，Foldit还对阿尔茨海默症等疾病的治疗提供帮助。
　　在中国也有一群Foldit玩家，他们集中在中国分布式计算论坛，并组建了自己的团队“中国队”(Team China)。但与世界顶级玩家团队相比，Team China的实力还有明显差距。
　　“这(虚无之客)是一个非常强的队伍，我们能长时间地留住我们的队员。大家相处非常融洽，我们常常在游戏中分享各自发现的好的解决问题的方法，帮助彼此共同进步。”卡西迪很开心地说，“我们的队伍绝对是一个国际化的队伍，我们的队员来自澳大利亚、加拿大、德国、法国、英国还有美国。”
　　玩家团队之间虽然不存在直接的“对抗性”竞争，但每个团队都有自己的得分与总排名。Foldit的官方网站显示目前排名第一的团队是“夺冠者”(Contenders)，该团队共有37位成员，成绩为3804分；“虚无之客”排名全球第三，共47位队员，成绩为3313分。“中国队”共104位成员，团队全球排名第44位，成绩仅为25分。

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