玩个游戏我能就发Nature了？
游戏中真正的“民科”...
2019年，国际权威期刊《自然》（Nature）刊登了一篇论文，内容分析了几种蛋白质结构[1]，作者之一叫福迪特·普雷尔（Foldit Players）。
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发表在了《自然》[2]。除此之外，福迪特还先后在《自然通信》（Nature Communication），《美国国家科学院院刊》（PNAS）等多个权威期刊发表过论文。
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
而Foldit，是一款让玩家参与折叠蛋白质结构的在线游戏。
蛋白质是生命的基本组成之一，其结构解析，对了解生命本质和药物设计都有重要意义。
不过，蛋白质的空间结构极其复杂：由氨基酸组成的多肽链折叠盘旋而成。虽然计算机可以根据蛋白质的氨基酸序列，预测出空间结构，但这需要大量运算，得到的结果也不够准确。
也许，是时候让我们的脑子登场了——人脑很擅长处理三维空间构造。因此，Foldit希望能利用人类这种思维优势，帮忙分析蛋白质结构。
游戏的开发者将蛋白质结构转化为一个个谜题，玩家通过弯折、拖拽等操作，找到优化结构的方法，从而解决谜题。
Foldit游戏界面 | 圆的方块
目前，有大约80万玩家参与了Foldit。
2010年《自然》杂志刊登了一篇预测蛋白质结构的论文，5万7千名玩家贡献了分析结果。玩家们群策群力，在解析蛋白质如何折叠的表现上，超过了程序算法[2]。
2011年，Foldit玩家更是帮了大忙，他们帮助解读了一种逆转录病毒蛋白酶（M-PMV）的结构。这种蛋白酶是艾滋病毒在人体细胞中繁殖的关键，而对它的结构解析是一个十五年都没能解决的科学问题。在游戏中，玩家们破解它的结构，只用了不到3周[3,4]。
对抗新冠病毒，Foldit也在做着自己的贡献。目前，社区中最火热的项目之一，名叫“冠状病毒结合蛋白设计”（Coronavirus Binder Design）。玩家需要设计一种能和冠状病毒刺突蛋白结合的新蛋白，从而阻止病毒与人类受体相互作用，这对新冠特效药的开发有重要意义。
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。目前，积分最高的是一名德国玩家，名叫mirp，隶属于全服最强公会“科学给我冲”（Go Science），这个公会在“小分子设计”等多个领域保持总积分第一。紧随其后的“人择梦想”（Anthropic Dreams）公会，他们在“结构预测”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玩家参与的学术论文，翻看长长的列表，不得不感叹群众智慧的力量。
Foldit玩家参与的部分学术论文 | fold.it
为什么科研需要游戏？
《无主之地》（Borderlands）是一款著名的打枪游戏。在系列新作《无主之地3》中，你会在角落发现一台游戏机，里面有一个排列方块的拼图小游戏。玩这个游戏，玩家就能帮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，游戏中不同色彩的小方块就代表了微生物DNA的核苷酸。
微生物DNA链特别复杂，现有的计算机精度不够，在整理此类数据时，容易积累大量的微小错误。因此，游戏开发者将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，还是《无主之地3》中的科学游戏，人类其实都在扮演工具人的角色：帮助机器分析或者纠错。
人类智慧得到最充分发挥的领域，还是人与人之间的博弈，最典型的例子就是买卖交易。
现在很多人家里都安装了太阳能，有时产的电多了，就想卖出去。但是这些零碎的电不适合并入电网，最佳方式是直接卖给邻居。
怎么卖，卖多少，买给谁，怎么定价。这些问题加起来，使这种点对点（P2P）的私人电力交易变得无比复杂。
有一个团队，想通过研究能源买卖中的互动与博弈，建立合适的模型，从而帮管理者制定合适的政策。
起初，研究者利用数学模型，分析实验受访者的交易过程。但是后来他们发现，相比冷冰冰的数学模型，卡片游戏的形式，更能激发受访者的参与度，从而更真实地反应交易中的种种博弈。于是，他们索性开发了一款名为“Watts the Deal”的桌游 [6]。
Watts the Deal游戏界面 | wattsthedeal.org
游戏参与者将扮演住户的角色，他们需要在其他玩家的电力买卖中，满足自己家的能源需求。
研究团队从大量玩家的互动中，不断吸取经验，改进自己的理论模型，从而更准确地反应真实世界的样子。
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，呼朋唤友一起玩。
试问，谁不想来一场烧脑的能源买卖呢？
真正的“民科”
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），也就是号召大家一起出力解决科学问题。
公民科学的概念早已有之。
20世纪早期，业余天文爱好者会帮天文学家观测记录彗星的轨迹；现在，观鸟爱好者会帮助生物学家记录鸟群迁移路线，从而保护特定的鸟类种群；互联网普及后，公众更容易参与研究项目，形式也更多样，游戏就是其中之一。
看到这里，有些朋友就要问了：“唉，我不玩游戏咋整？是不是没有发Nature的机会了？”
不不不，其实你只要下载个程序，就能开启宏大的科研探索。
如今，很多科学实验会产生海量数据，而分析这些数据需要大量算力。一些研究者就想让大众参与数据分析的过程。说白了，就是蹭一下群众们的CPU。
公众参与的科学计算项目中，BOINC最为知名。
准确地说，BOINC是一个分布式计算平台，很多研究组将项目打包放在BOINC上，希望大众下载参与。从这一点上看，BOINC在公众科学中扮演的角色堪比游戏界的Steam。
实时统计显示，当前时间正有将近10万名活跃的志愿者为BOINC平台贡献着自己的算力 | 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年开始运行，下载他们的一个小程序，就能让自己的电脑在空闲时间，帮忙分析大型射电望远镜采集的无线电信号，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年项目停止时，SETI@Home也没发现外星人的蛛丝马迹。不过，在此期间，这个项目拥有了500万参与者，积累了近200万年的CPU运行时间，处理了超过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。于是很多“在家”（@Home）研究项目奔涌而出，汇聚到了BOINC。
这其中有：“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部分项目列表 | Boinc.berkeley.edu
这些项目通过世界人民的努力，不断产出科研成果。
比如，2019年发表在《物理评论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的连续引力波之搜索结果》 [7]。论文中引力波天文台的海量数据分析，就多亏了“爱因斯坦在家”（Einstein@Home）志愿者们提供的强大计算能力。
让我们建一个新巴别塔
恍惚间，觉得这还真是了不起。
圣经中有一则“巴别塔”的典故。起初，人们说着同一种语言，大家心里全无芥蒂，准备齐心协力盖一座直通天际的高塔。上帝见了，十分不悦，于是把人们的语言打乱，让他们分散各地。从此，人类充满了误解、隔阂与纷争。
如今，游戏和分布式计算扮演起“同一种语言”的角色。借此，人类也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，你就是共同作者！
作者名片
编辑：范可鑫
排版：雷昱儿
题图来源：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
[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
欢迎个人转发到朋友圈
【扩展阅读】沉迷游戏，会影响做科研吗？
关注 科学人
微信扫一扫关注公众号
