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玩家用游戲制作神經(jīng)元模型 推動(dòng)科學(xué)發(fā)展
時(shí)間:2017-05-05 12:07   來源:好奇心日報(bào)   責(zé)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(xué)(University of Washington)一位計(jì)算機(jī)科學(xué)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(jì)算機(jī)控制的角色看起來非常逼真,就像科幻射擊游戲《命運(yùn)》(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(biāo)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(jì)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(dòng)神經(jīng)科學(xué)發(fā)展。

  自11月以來,已經(jīng)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(shè)定(積分、升級、公開玩家表現(xiàn)的排行榜),讓玩家來制作神經(jīng)元3D模型。

  《Mozak》玩家繪制的神經(jīng)元3D模型 度比傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)建模工具繪制的更高

  波波維奇博士領(lǐng)導(dǎo)的華盛頓大學(xué)游戲科學(xué)中心(Center for Game Science)與艾倫腦科學(xué)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(xué)研究所是億萬富翁、微軟聯(lián)合創(chuàng)始人保羅·艾倫(Paul Allen)資助的一家非盈利研究機(jī)構(gòu)。波波維奇博士此前曾因?yàn)橐豢蠲小禙oldit》的游戲在科學(xué)界引起了廣泛關(guān)注。這是一款近十年前發(fā)布的游戲,磨練玩家解決有關(guān)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的謎題的能力。

  艾倫腦科學(xué)研究所想要記錄神經(jīng)元的結(jié)構(gòu),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(jīng)退行性疾病的根源,探索根治這些疾病的方式。神經(jīng)元是一種通過神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信息的細(xì)胞,它的形狀非常復(fù)雜,數(shù)量多得驚人——鼠腦有1 億神經(jīng)元,人腦更是有870億神經(jīng)元,玩家可以在《Mozak》里描繪所有這些鼠腦和人腦的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。

  這遠(yuǎn)比艾倫腦科學(xué)研究所等地的專業(yè)神經(jīng)元研究人員有望記錄的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)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(jīng)元結(jié)構(gòu),恰好能幫助專業(yè)研究人員完成這一任務(wù)。不過,這個(gè)游戲真正的目的其實(shí)在于利用人們(越多越好)搭建的高質(zhì)量神經(jīng)元結(jié)構(gòu),訓(xùn)練電腦更加 地完成這項(xiàng)工作。

  《Mozak》游戲嘲

  “如果我們能收集幾千個(gè)這種神經(jīng)元模型,那么計(jì)算機(jī)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(guān)系:電腦學(xué)習(xí)人類,然后比人類做得更好!

  艾倫腦科學(xué)研究所形態(tài)學(xué)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(tuán)隊(duì)一周能獨(dú)立搭建2.33個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu);而現(xiàn)在在《Mozak》的幫助下,艾倫腦科學(xué)研究所一周能搭建8.3個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)。這其中既有玩家的功勞,也表明艾倫腦科學(xué)研究所專家們現(xiàn)在使用的內(nèi)部版《Mozak》工作效率很高。

  現(xiàn)在每天都有大約200人在玩《Mozak》。玩家越多,能夠搭建的神經(jīng)元結(jié)構(gòu)就越多。

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

  如今,利用大眾智慧解決復(fù)雜問題、鼓勵(lì)公眾參與科學(xué)的公民科學(xué)計(jì)劃越來越多,《Mozak》正是其中 的一項(xiàng)。有的公民科學(xué)計(jì)劃請普羅大眾統(tǒng)計(jì)鳥類的數(shù)量,幫助科學(xué)家理解氣候變化的影響。一項(xiàng)名為“星系動(dòng)物園”(Galaxy Zoo)的活動(dòng)則邀請民眾為天文望遠(yuǎn)鏡中看到的星系的形狀進(jìn)行分類。

  2015年,為了提高人們對公民科學(xué)計(jì)劃的認(rèn)識,奧巴馬政府曾在白宮舉行過一場座談會(huì),還推出了一個(gè)網(wǎng)站登記記錄公民科學(xué)計(jì)劃。波波維奇博士此前推出的《Foldit》利用游戲機(jī)制,在整個(gè)項(xiàng)目的生命周期中吸引了近100萬玩家,是最成功的公民科學(xué)計(jì)劃之一。自那以后,科學(xué)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(wǎng)膜神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)圖,幫助解開有關(guān)視力的種種謎團(tuán)的游戲。

  左蘭·波波維奇在他位于西雅圖華盛頓大學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(xué)(University of British Columbia)的一位神經(jīng)科學(xué)教授,曾在艾倫腦科學(xué)研究所擔(dān)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(guān)大腦科學(xué)計(jì)劃的研討會(huì)。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(xué)基金會(huì)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(shí)候,很明顯我們能讓更廣大的公眾參與進(jìn)來,幫助解決一些這類大數(shù)據(jù)問題,”羅斯凱姆斯說,“大多數(shù)時(shí)候,專家認(rèn)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(shè)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(xiàn)的是艾倫腦科學(xué)研究所在實(shí)驗(yàn)室里用功能強(qiáng)大的顯微鏡捕捉的鼠類和人類神經(jīng)元。

  圖像中的神經(jīng)元上可以看到從細(xì)胞體上伸出的樹突和軸突,看上去就像是朝著各個(gè)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(jīng)元任何一部分的白點(diǎn)浮在周圍。目前,計(jì)算機(jī)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(diǎn)!禡ozak》玩家繪制神經(jīng)元結(jié)構(gòu)累積積分,畫完一個(gè)神經(jīng)元結(jié)構(gòu)后再畫下一個(gè)新的神經(jīng)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(jīng)退休了的軟件開發(fā)人員。剛開始玩《Mozak》的時(shí)候,他一天要在這游戲上花十個(gè)小時(shí),現(xiàn)在他的游戲時(shí)間已經(jīng)漸漸減少到了約三小時(shí)。邦迪很喜歡這個(gè)通過玩游戲?yàn)榭茖W(xué)做貢獻(xiàn)的理念。(認(rèn)真參與的玩家作品能夠得分。)

  《Mozak》有一個(gè)聊天室,玩家可以在里面問候彼此。研究人員也會(huì)時(shí)不時(shí)插幾句建議。邦迪說,《Mozak》也讓他感到很放松。

  “如果我熬了個(gè)夜但我不想聽電視機(jī)叨叨,那我就會(huì)玩《Mozak》,讓我的眼睛疲憊下來準(zhǔn)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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