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一篇科學論文有57000名“作者” 們都是遊戲玩家

http://dailynews.sina.com   2019年01月10日 15:28   北京新浪網

  原標題:一篇科學論文有57000名“作者”,他們都是遊戲玩家

       來源:中國新聞週刊

  以遊戲形式完成“科研衆包”的案例屢見不鮮

  它打破了專業實驗室和普通大衆之間的圍牆

遊戲《星戰前夜》的“探索計劃”,藉助玩家數量優勢,完成科研項目數據分析。遊戲《星戰前夜》的“探索計劃”,藉助玩家數量優勢,完成科研項目數據分析。

  當科學遇到遊戲

  《中國新聞週刊》記者/李明子

  本文首發於總第884期《中國新聞週刊》

  如果把一個展示星系圖像的電腦放在酒吧中央,會有人感興趣嗎?畢竟,這看上去是一份頗有難度的專業性工作,而且十分耗時。

  蘇黎世瑞士聯邦理工學院天文學教授凱文·肖文斯基12年前還是學生的時候,查看天文圖像還需人工完成。當時,計算機可以根據顏色輕鬆過濾出哪些是星系,但算法卻無法根據形狀來識別不同類型的星系圖像,教計算機完成複雜圖像的識別任務在當時還很難,類似的人臉識別技術耗費了科學家十多年才完成。爲了證實自己的理論,凱文只能用肉眼一張一張地看星系圖像。

  凱文每天工作12個小時,一週纔看完5萬個星系。當時最大的天文數據庫來自美國新墨西哥州的斯隆數字化巡天項目,200多萬個天文物體中,有關星系的就有近百萬。大量的數據又無法通過人工智能來處理,去哪兒找那麼多人來做數據分析呢?

  超過57000名“作者”共同完成的論文

  那時候,剛好興起了“公衆科學”的概念。2006年夏天,美國宇航局(NASA)啓動了“Stardust @ home”項目,招募了約兩萬名在線志願者來識別彗星樣本中的星際塵埃軌跡。

  爲什麼不讓人們看看星系呢?凱文和之後成爲牛津大學物理系天體物理學教授的克里斯·林托特決定試試。兩人在幾天之內成立了一個網站,主頁顯示着數據建立起的星系圖像。當志願者點擊每一張圖片時,會被問及圖中星系是螺旋形還是橢圓形;如果回答是螺旋狀,會進一步被詢問是否可以辨別星系手臂方向和旋轉方向等等。

  2007年7月11日,這個名爲星系動物園的網站正式推出。創始人一開始並沒有對網民接受度抱太大期待,“去英國天文學會忽悠50個人來和我們一起做星系數據分類?”林托特構想着。

  讓他們沒想到的是,網站推出第一天,每小時收到6萬份反饋,暴增的工作量甚至融化了電纜,網站因此離線了一段時間。十天後,來自世界各地的用戶提交了800萬份分類數據,網站建立頭一年,就已經有超過15萬公衆參與,提交分辨結果超過5000萬份。

  兩年後,星系動物園發展成更大的平臺“宇宙動物園”(Zooniverse),到2014年,註冊用戶數已經超過100萬,涵蓋的科研項目從考古到自然保護。據宇宙動物園的研究員兼網絡開發人員羅伯特·辛普森介紹,Zooniverse社區年均貢獻超過以往50年的努力,並且已經發表了70多篇科學論文。

  在林托特和他的團隊開發星系動物園的同時,美國西雅圖華盛頓大學的生物化學教授戴維·貝克找到兩位計算機科學家賽斯·庫珀和阿德里安,試圖讓網友通過玩遊戲的方式幫助生物化學家們解決蛋白質摺疊問題。

  他們將這款遊戲命名爲Foldit(直譯:摺疊它),於2008年5月發佈。玩家從部分摺疊的蛋白質結構開始,通過點擊、拉動、拖拽氨基酸來操縱結構,直到達到最穩定的形狀。

  最初試玩時,生物化學家們看上去並不興奮。隨後,庫珀增加了一個排行榜。通過算法計算,新結構的穩定性越高,得分越高,在排行榜上還能看到其他玩家的分數和排名。

  2010年7月、8月,戴維團隊先後在《自然》和《科學》雜誌上發佈了這款遊戲的研究成果,作者欄處像開玩笑一樣寫着“超過57000名玩家”,作者單位寫的則是“全世界”(Worldwide)。

  網站成立十年間,已經有50多萬人嘗試過這款遊戲,他們中的大多數並沒有生物化學背景,但他們正在擊敗一起玩遊戲的專家。2011年,一羣玩家解決了困擾生物化學家長達15年之久的難題,他們用不到3周的時間將一種可導致恆河猴艾滋病的蛋白質摺疊了出來,這一結構隨後通過實驗數據得到了證實,並發表在《自然》子刊上。

  以遊戲的形式完成科研衆包的案例屢見不鮮,它打破了專業實驗室和普通大衆之間的圍牆。“這類遊戲大部分出現在天文觀測、生物醫學領域,因爲涉及大量聲音或數據圖像的處理,而人工智能暫時又無法替代人類完成分析工作。” 安徽大學新聞傳播學院教師胡昭陽分析說。

  “EteRNA”網絡遊戲平臺同Foldit類似,也是計算機與生物化學的集合,美國卡內基梅隆大學的兩位教授希望通過玩家的幫助構建RNA(核糖核酸)的多維結構,以加深對它的理解。

  首次登錄的玩家將獲得有關RNA分子結構的基礎知識,之後根據指令將RNA分子摺疊成特定結構,通過不斷調整,讓其穩定。與此同時,實驗室的工作人員也將測試玩家們創建的分子結構,並將測試結果與新一輪任務發回給玩家。2014年,一篇題爲《來自大型開放實驗的RNA設計規則》的論文發表在《美國國家科學院院刊》上,署名作者多達3.7萬人,其中科研人員僅有10名。

  丹麥奧胡斯大學的一個研究小組還設計了一款名爲《量子移動》的遊戲,試圖最終建造一臺由300個原子構成的可擴展的量子計算機處理器。

  在遊戲Foldit中,玩家們操縱過的一個鏈狀蛋白質結構案例:上圖爲操縱前,下圖爲操縱後的結果。圖/Foldit  在遊戲Foldit中,玩家們操縱過的一個鏈狀蛋白質結構案例:上圖爲操縱前,下圖爲操縱後的結果。圖/Foldit

  嵌入遊戲的“公衆科學”

  與這些專門設計的科研遊戲不同,還有一些科研項目與既有的遊戲合作,藉助其玩家數量的優勢,完成數據分析。遊戲《星戰前夜》(Eve Online)的“探索計劃”就是這種組合。

  “說實話,探索計劃是很抽象、很乏味的東西,對眼神不好的人來說更是痛苦。”資深Eve玩家遠夏對《中國新聞週刊》說,Eve在國內不是大衆遊戲,在Eve玩家中,很多人都沒搞懂“探索計劃”怎麼玩,所以玩的人更是少數中的少數。

  《星戰前夜》是一款以太空科幻爲背景的多人在線遊戲,由冰島CCP遊戲公司製作,到現在已經發行近16年。遊戲中,玩家駕駛各式自行改造的艦船在7000多個行星系中穿梭,還可以進行各種經濟活動,如採礦、製造、貿易、戰爭。在這款沙盒遊戲中,幾乎所有內容都是通過玩家互動所創造的,如主權紛爭、領袖戰爭,沒有設定劇本,這意味着在這個虛擬世界需要真實的社交。

  然而,遊戲公司或許還想加入更真實的內容。2016年,CCP遊戲公司與瑞典人類蛋白質圖譜計劃、冰島雷克雅未克大學等機構合作,引入公衆科學項目“探索計劃”。第一期項目中,共有超過30萬名玩家分析了超過3300萬個細胞圖譜樣本,研究結果已經上傳到公開的“人類蛋白圖譜數據庫”中,並正式發表在《自然·生物技術》上。

  時隔一年,CCP又開啓了第二期探索計劃,與雷克雅未克大學等合作,讓玩家幫助分析數據,從而搜索到太陽系外行星,即太陽系以外圍繞着一顆或多顆恆星運轉的行星。1990年代人類才首次確認系外行星的存在,而自2002年起每年都有超過20個新發現的系外行星。這次玩家要分析的數據來自法國國家太空研究院和歐洲空間局發射的CoRoT衛星。

  複雜的數據和分析過程是如何簡化爲普通人就能學習和操作的遊戲的呢?

  目前探測系外行星方法衆多,而CoRot衛星採用的就是“凌日法”,基本原理是觀察恆星亮度在有行星橫穿或路經其表面時發生的細微變化,優勢是可以從光變曲線測定行星的大小。可以類比爲月食過程,地球即觀測者,太陽是被觀測的恆星,當月球從地、日之間穿過時,會影響地球觀測到的太陽的亮度變化。

  不過,現實中恆星的光度曲線變化並不只受到行星的干擾。恆星本身的光度也不是恆定的,會出現週期性變化,同時,也無法避免衛星觀測、採集數據時出現誤差。因此,行星出現時光度下降的波段會隱藏在諸多“陷阱”中,需要玩家瞭解基本常識並多加訓練後,才能辨別真僞,這些都出現在“探索計劃”的教程中。

  正式開始前,玩家還需先通過一些簡單的測驗,即分辨有行星凌日的光變曲線,或沒有這一過程的曲線,如果是前者,則需找出行星出現光度曲線下凹的波段。通過後纔會接到真正的CoRot望遠鏡收集到的數據。

  即便可以事先教學,但如何避免玩家提交的錯誤答案呢?

  “這是技術問題,並不複雜。”貝葉斯數據技術有限公司創始人鄧熙浩對《中國新聞週刊》說,他們設計的遊戲《燈塔計劃》試圖讓玩家在不斷升級的過程中瞭解人類發現脈衝星這段科學史,其中也會引入和主線故事相關的內嵌科研小遊戲,數據來自印度天文臺,玩家通過遊戲幫助尋找脈衝星。這款遊戲規避錯誤數據的方法是,將同一數據轉發給多位玩家獨立完成,以此多重驗證分析結果的準確性。

  既然入門困難、玩時間長了又覺得單調乏味,科研遊戲又如何吸引玩家呢?遠夏認爲,“探索計劃”並不是用來延長玩家玩遊戲的時間的,這個項目就是利用大量玩家的勞動力,縮短科研週期,“我玩這個遊戲,就是爲了獎勵,除了經驗值,獎品是通常情況下在遊戲中買不到的非常昂貴的裝備,比如極品艦船。”遠夏說。

  “科研項目是宣傳亮點,真正將玩家留下的是《燈塔計劃》的遊戲故事主線。”鄧熙浩坦言,2018年10月,《燈塔計劃》通過《環球科學》和中科院物理所的科普平臺發出邀請,開始公測,目前1000多名玩家的日活在10%以上,已經分析幾十萬條數據,“比Foldit的效率高多了。”鄧熙浩說。

  爲了及時收到反饋,鄧熙浩還成立了一個玩家羣,據他介紹,玩家主要是15~30歲的一二線城市高學歷人羣,其中男性佔7成左右。

  瑞典哥德堡大學哲學、語言學和科學理論系高級講師克里斯托·弗庫倫伯格2016年11月在《公共科學圖書館》雜誌刊文稱,公衆科學的概念是由科學研究行業內外許多參與者共同提出的,多與大型數據集相關,在科學界之外動員人羣以協助觀察的方式參與其中。也有說法稱,公衆科學是科學民主化的一種方式,可以影響環境和健康領域的政治決策。

  相比之下,這類科研遊戲在中國還沒被提到“公衆科學”的層面,更多是在“科研衆包”或“功能遊戲”領域被討論。胡昭陽說,“這類遊戲實際上就將科研中大量人力分析工作衆包出去,即分派給遊戲玩家。” 

  另一方面,“功能遊戲”的概念也在近幾年被提出。2018年9月,中國科協主辦的一場會議論壇上,騰訊研究院高級研究員劉瓊介紹了一類“以解決現實社會和行業問題爲主要目的”的遊戲,這類遊戲被稱爲“功能遊戲”,在國外也叫“嚴肅遊戲”,科學普及是其最基礎的功能,此外還有教育、培訓等功能。

  鄧熙浩說,“科學應該有更現實、更多樣的發展。”在他看來,科學應該是一個可以產生社會價值的行業,除了科普文章和科學探險節目外,還應該有更多樣的發展方式。“科學是可以給人帶來快樂體驗的行業,而能給人帶來快樂的產業都是無法預測的,就像電影不拍出來永遠不知道票房會有多少,科學的市場有多大,同樣無法預估。”

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