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玩家用游戲制作神經元模型 推動科學發(fā)展
時間:2017-05-05 12:07   來源:好奇心日報   責任編輯:毛青青

  左蘭·波波維奇(Zoran Popovi)精通電子游戲。他是華盛頓大學(University of Washington)一位計算機科學教授,研究的課題是軟件算法。這些軟件算法能夠讓游戲里計算機控制的角色看起來非常逼真,就像科幻射擊游戲《命運》(Destiny)一樣。

  這些游戲都是為了刺激玩家的腎上腺素而制作的消遣娛樂品,而波波維奇博士的 作品則有所不同,它要求玩家用電腦鼠標描繪模糊圖像上的線條,節(jié)奏緩慢,音樂夢幻,聽上去就像是新世紀書店里放的那種背景音樂。

  這款游戲的意義是什么呢?答案是為了推動神經科學發(fā)展。

  自11月以來,已經有成千上萬人玩過這款名叫《Mozak》的游戲了。這款游戲選用了常見的玩法設定(積分、升級、公開玩家表現的排行榜),讓玩家來制作神經元3D模型。

  《Mozak》玩家繪制的神經元3D模型 度比傳統計算機建模工具繪制的更高

  波波維奇博士領導的華盛頓大學游戲科學中心(Center for Game Science)與艾倫腦科學研究所(Allen Institute for Brain Science)合作開發(fā)了這款游戲,想要幫助人們更好地理解大腦。艾倫腦科學研究所是億萬富翁、微軟聯合創(chuàng)始人保羅·艾倫(Paul Allen)資助的一家非盈利研究機構。波波維奇博士此前曾因為一款名叫《Foldit》的游戲在科學界引起了廣泛關注。這是一款近十年前發(fā)布的游戲,磨練玩家解決有關蛋白質結構的謎題的能力。

  艾倫腦科學研究所想要記錄神經元的結構,以便未來幫助研究人員理解阿爾茨海默癥(Alzheimer’s)和帕金森癥(Parkinson’s)等神經退行性疾病的根源,探索根治這些疾病的方式。神經元是一種通過神經系統傳遞信息的細胞,它的形狀非常復雜,數量多得驚人——鼠腦有1 億神經元,人腦更是有870億神經元,玩家可以在《Mozak》里描繪所有這些鼠腦和人腦的神經元結構。

  這遠比艾倫腦科學研究所等地的專業(yè)神經元研究人員有望記錄的神經元結構要多得多。而通過《Mozak》這樣的游戲召集不具備專業(yè)知識的玩家來繪制神經元結構,恰好能幫助專業(yè)研究人員完成這一任務。不過,這個游戲真正的目的其實在于利用人們(越多越好)搭建的高質量神經元結構,訓練電腦更加 地完成這項工作。

  《Mozak》游戲嘲

  “如果我們能收集幾千個這種神經元模型,那么計算機就有可能更好地完成這些工作,”波波維奇博士說,“你可以把這看作一種共生關系:電腦學習人類,然后比人類做得更好!

  艾倫腦科學研究所形態(tài)學高級管理人員斯塔奇·索倫森(Staci Sorensen)表示,原本一支專業(yè)研究人員組成的團隊一周能獨立搭建2.33個神經元結構;而現在在《Mozak》的幫助下,艾倫腦科學研究所一周能搭建8.3個神經元結構。這其中既有玩家的功勞,也表明艾倫腦科學研究所專家們現在使用的內部版《Mozak》工作效率很高。

  現在每天都有大約200人在玩《Mozak》。玩家越多,能夠搭建的神經元結構就越多。

  “我希望,最終我們搭建神經元結構的速度能成十倍地增長,”艾倫腦科學研究所所長、首席科學家克里斯托弗·科克(Christof Koch)說,“有多少人愿意來玩這個游戲?是只會有 20 個古怪的人,還是會有成千上萬的玩家?”

  如今,利用大眾智慧解決復雜問題、鼓勵公眾參與科學的公民科學計劃越來越多,《Mozak》正是其中 的一項。有的公民科學計劃請普羅大眾統計鳥類的數量,幫助科學家理解氣候變化的影響。一項名為“星系動物園”(Galaxy Zoo)的活動則邀請民眾為天文望遠鏡中看到的星系的形狀進行分類。

  2015年,為了提高人們對公民科學計劃的認識,奧巴馬政府曾在白宮舉行過一場座談會,還推出了一個網站登記記錄公民科學計劃。波波維奇博士此前推出的《Foldit》利用游戲機制,在整個項目的生命周期中吸引了近100萬玩家,是最成功的公民科學計劃之一。自那以后,科學家們又陸續(xù)推出了一些類似的游戲,比如《EyeWire》就是一款請玩家繪制視網膜神經元網絡圖,幫助解開有關視力的種種謎團的游戲。

  左蘭·波波維奇在他位于西雅圖華盛頓大學的實驗室里

  《Mozak》的靈感來自簡·羅斯凱姆斯(Jane Roskams)。羅斯凱姆斯是英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)的一位神經科學教授,曾在艾倫腦科學研究所擔任過戰(zhàn)略與合作執(zhí)行理事。幾年前,她參加過白宮一場有關大腦科學計劃的研討會。她和波波維奇教授在西雅圖見了一面,隨后他們就申請了美國國家科學基金會提供的一筆資金,并利用這筆資金開發(fā)了這款游戲。

  “有些時候,很明顯我們能讓更廣大的公眾參與進來,幫助解決一些這類大數據問題,”羅斯凱姆斯說,“大多數時候,專家認為他們需要請專家來解決問題!

  《Mozak》里并沒有《糖果傳奇》(Candy Crush)中那些漂亮的圖形和糖果寶石匹配消除的設定。這款游戲的名字“Mozak”在波波維奇博士的母語塞爾維亞-克羅地亞語中意為“大腦”,它向玩家呈現的是艾倫腦科學研究所在實驗室里用功能強大的顯微鏡捕捉的鼠類和人類神經元。

  圖像中的神經元上可以看到從細胞體上伸出的樹突和軸突,看上去就像是朝著各個方向盡力張開幾十條腿的蜘蛛。圖像比較模糊,還有頭皮屑似的不屬于神經元任何一部分的白點浮在周圍。目前,計算機并不擅長在所有這些干擾下搭建3D模型。

  但是,只要專心、有耐心,人類就能很好地做到這點!禡ozak》玩家繪制神經元結構累積積分,畫完一個神經元結構后再畫下一個新的神經元。如果許多人勾勒出了相同的 3D 模型,那么很有可能他們勾勒出的模型就是正確的。

  鮑勃·邦迪(Bob Bondi)是俄勒岡州本德(Bend, Ore.)一位已經退休了的軟件開發(fā)人員。剛開始玩《Mozak》的時候,他一天要在這游戲上花十個小時,現在他的游戲時間已經漸漸減少到了約三小時。邦迪很喜歡這個通過玩游戲為科學做貢獻的理念。(認真參與的玩家作品能夠得分。)

  《Mozak》有一個聊天室,玩家可以在里面問候彼此。研究人員也會時不時插幾句建議。邦迪說,《Mozak》也讓他感到很放松。

  “如果我熬了個夜但我不想聽電視機叨叨,那我就會玩《Mozak》,讓我的眼睛疲憊下來準備睡覺,”他說,“從某種程度上來說,這可以算是一種冥想。”

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