Медиатека

Наука в игровом формате: как видеоигры помогают делать открытия

За последние десятилетия в научной практике активно развивается направление, получившее название «гражданская наука» («citizen science»). Оно предполагает участие широкой аудитории — непрофессиональных исследователей и добровольцев — в сборе, обработке и анализе научных данных. Такой подход позволяет расширить масштаб исследований, повысить скорость обработки информации и укрепить связь обычных людей с научным сообществом.

Особое место в развитии гражданской науки заняли видеоигры. Учёные и геймдизайнеры объединились, чтобы дать миллионам людей возможность не просто хорошо проводить время, но и вносить свой вклад в науку. Геймификация позволила превратить рутинные и вычислительно сложные задачи — вроде анализа ДНК, построения нейронных карт или оптимизации квантовых систем — в увлекательный игровой процесс.

Таких проектов огромное количество — рассмотрим некоторые из них.

Foldit

Наверное, самый популярный из подобных проектов. Foldit — это онлайн-головоломка, разработанная в Вашингтонском университете. Задача игрока — найти максимально стабильную трёхмерную структуру белка. Разгадка структуры белка необходима для понимания того, как он функционирует, а это фундамент биоинженерии, которая, в свою очередь, даёт инструменты для решения многих проблем: синтеза новых белков, лечения заболеваний, управления экосистемами и борьбы с инвазивными видами, среди прочих.


Рис. 1 Пазл Foldit в категории «Дизайн малых молекул». 1

Геймплей: Необходимо складывать структуры выбранных белков как можно более идеально, используя инструменты, представленные в игре. Можно создавать свои стратегии — «рецепты» — и делиться ими; так игроки экспериментируют и совершенствуют их.

Некоторые из стратегий оказались намного эффективнее классических алгоритмов: за первые 3 недели существования игры пользователи разрешили структуру белка ретровирусной протеазы (M-PMV) — задача, с которой учёные боролись более 15 лет! 2

Игра доступна на платформах Linux, Windows и macOS, поддерживает несколько языков (в том числе русский). Узнать больше об игре, последних новостях, и, конечно, поиграть в нее можно тут: https://fold.it/

EteRNA

Онлайн-игра, разработанная учёными из Университета Карнеги-Меллона и Стэнфордского университета для свёртывания молекул РНК людьми в случаях, которые слишком затратны с точки зрения компьютерных вычислений.


Рис. 2 Обучение eteRNA. 3

Геймплей: Игрокам предлагают заданную форму РНК, а они подбирают нуклеотиды (A, U, C, G) так, чтобы итоговая форма их РНК совпала с заданной. В игру иногда вводятся различные ограничения, к примеру, на количество оснований, и иногда включаются молекулы, связанные с РНК и оказывающие влияние на энергию системы.

Лучшие решения голосованием выбираются для реального синтеза в лаборатории, а результаты возвращаются игрокам. Решения, предложенные игроками, помогают улучшать модели и предсказательные алгоритмы.

Сыграйте сами и помогите исследователям совершенствовать моделирование РНК: https://eternagame.org/

Eyewire

Eyewire — это онлайн-проект, созданный в Массачусетском технологическом институте (MIT), который предлагает игрокам исследовать трёхмерные изображения мозга, а именно — нейроны сетчатки.


Рис. 3 Процесс реконструкции нейронных сетей в Eyewire. 4

Геймплей: Игрок сравнивает соответствующие друг другу 3D- и 2D-изображения одного участка нейронной сети и вручную завершает реконструкцию. Реконструкции затем сравниваются между игроками, и всем начисляются очки в зависимости от соответствия достигнутому консенсусу. Игроки ранжируются в таблице лидеров на основе их вклада в общее количество очков. В игре часто проводятся специальные внутриигровые события, а в процессе доступен онлайн-чат.

Этот коллективный труд помогает исследователям создавать точные 3D-карты мозга и изучать, как он обрабатывает зрительную информацию.

Игра доступна прямо в браузере и не требует специальных знаний — достаточно любопытства и внимательности. Попробовать себя в роли «нейрокартографа» можно здесь (процесс сопровождает приятная музыка!): https://eyewire.org

EVE Online: Project Discovery

Project Discovery — это уникальная мини-игра внутри популярной MMPORPG Eve Online. Первый этап был посвящён классификации белков человека, второй — поиску экзопланет по данным космического телескопа Kepler, а третий — исследованиям COVID-19. Последняя итерация проекта Discovery сосредоточена на новом направлении — исследовании рака.


Рис. 4 Мини-игра в Project Discovery. 5

Геймплей: Игроки (или капсулёры) создают персонажа и проходят обучение EVE Online. После этого внутри игры можно присоединиться к проекту Discovery. За участие в проекте игроки получают внутриигровые награды.

Попробуйте и сами (есть на русском языке!): https://www.eveonline.com/ru/discovery

Phylo

Это платформа для использования «вычислительных мощностей человечества» для решения проблемы множественного выравнивания последовательностей. Дело в том, что анализ таких данных требует колоссальных вычислительных ресурсов и может занимать годы. Но если тысячи или миллионы игроков обрабатывают данные параллельно — процесс идёт гораздо быстрее. Поэтому команда разработчиков из Университета Макгилла превратила задачу выравнивания ДНК в цветную головоломку, где игроки вручную подправляют «ошибки» алгоритма.


Рис. 5 Процесс выравнивания последовательностей в Phylo. 6

Геймплей: Нужно выравнивать цветные блоки, представляющие собой нуклеотиды ДНК.

Попробуйте сами: https://phylo.cs.mcgill.ca/

Borderlands Science

Это встроенная мини-игра в популярной Borderlands 3, которая позволяет игрокам прямо во время игрового процесса помогать учёным расшифровывать последовательности ДНК микробиома человека. Проект создан в сотрудничестве между Gearbox Software, McGill University, Massively Multiplayer Online Science (MMOS) и The Microsetta Initiative.


Рис. 6 Один из уровней Borderlands Science. 7

Геймплей: В научном автомате на борту космической станции Sanctuary III игроку предлагают пройти головоломку, напоминающую аркадную игру. На экране появляются ряды разноцветных плиток — каждая из них соответствует фрагменту ДНК. Нужно выстроить их в правильной последовательности, чтобы получить наилучшее совпадение. Механика основана на принципах, схожих с проектом Phylo: игроки корректируют ошибки алгоритмов биоинформатического выравнивания, улучшая точность анализа микробных последовательностей.

Результат: Миллионы игроков внесли вклад в улучшение алгоритмов для анализа микробиома человека.

Проект всё ещё активен, поэтому обязательно попробуйте, если у вас установлена игра Borderlands 3.

Sea Hero Quest

Это мобильная игра с очень симпатичной графикой, разработанная компаниями Deutsche Telekom, Glitchers и учёными из University College London и Alzheimer’s Research UK. Она была создана для изучения навигации человека в пространстве — одной из первых функций, которая нарушается при болезни Альцгеймера.

К 2021 году после релиза в 2016 году в игру сыграли более 4,3 миллиона человек, предоставив учёным данные, на сбор которых традиционным исследованиям деменции потребовалось бы 17 600 лет. Они смогли выявить закономерности: как навигация связана с возрастом, полом и культурой, и как ранние нарушения пространственного ориентирования могут указывать на риск болезни Альцгеймера. 8


Рис. 7 Заставка игры Sea Hero Quest. 9

Геймплей: Игрок управляет небольшой лодкой, проходя уровни-лабиринты и ориентируясь по карте. Нужно запоминать повороты, контрольные точки и находить путь обратно.

Сейчас всё ещё можно поиграть в игру, а также присоединиться к листу ожидания нового проекта — станьте одними из первых, кто сформирует будущее когнитивного здоровья: https://www.seaheroquest.com/

Play to Cure: Genes in Space

И закончим на Play to Cure: Genes in Space — это научно-игровой проект, запущенный Cancer Research UK в 2014 году, чтобы помочь учёным анализировать реальные генетические данные пациентов с раком.


Рис. 8 Геймплей Play to Cure: Genes in Space. 10

Геймплей: Игрок управляет космическим кораблём, прокладывая маршрут через «космические поля» (на самом деле — реальные данные генетических мутаций). Линия маршрута показывает учёным, где могут находиться генетические вариации, связанные с риском рака. Каждый образец ДНК анализируется несколькими игроками — это позволяет повысить точность и исключить случайные ошибки.

Узнать больше о проекте и скачать игру можно тут: https://scistarter.org/play-to-cure-genes-in-space

Прокладывайте маршруты в далёких галактиках, решайте головоломки, путешествуйте на лодке по бескрайним океанам — и одновременно продвигайте науку вперёд; к тому же, всё это можно делать, не отходя от компьютера или даже от мобильного телефона. Каждый полёт, каждая решённая головоломка, каждая победа объединяет миллионы людей с одной целью — сделать новый научный прорыв. Надеемся, это вдохновит вас попробовать такие игры — или даже создать свою.


Список литературы

1. https://fold.it/.

2. https://www.huffpost.com/entry/aids-protein-decoded-gamers_n_970113.

3. https://eternagame.org/.

4. https://eyewire.org.

5. https://www.eveonline.com/ru/discovery.

6. https://phylo.cs.mcgill.ca/.

7. https://borderlands.2k.com/news/borderlands-science/.

8. https://www.seaheroquest.com/.

9. https://www.telekom.com/en/corporate-responsibility/corporate-responsibility/sea-hero-quest-game-for-good-587134.

10. https://www.youtube.com/watch?v=CeEDAchrc1U.

Оставьте заявку любым удобным
для вас способом

Почта

Записаться на демонстрацию по эл. почте

Звонок

Записаться на демонстрацию по телефону

Новинка!
Закрыть
Новинка!
Полногеномный NGS-секвенатор DNBSEQ-T7+
Подробнее →