Foldit——蛋白质折叠游戏

功能游戏

定义:(来源百度百科)
功能游戏是指,以解决现实社会和行业问题为主要目的,同时具有跨界性、多元性和场景化三大特征,并在学习知识、激发创意、拓展教学、模拟管理、训练技能、调整行为、养成良好品质等方面具有明显作用的游戏品类。它在传统游戏重视娱乐性的基础上,更加强调游戏的功能性。
简单来讲,功能游戏就是不单是娱乐,而是带有一定目的性的,如培养领域工作人员的技能,用于医疗、教育、军事等。
国内总是对电子游戏有一个刻板的印象:电子海洛因,这也是功能游戏为什么得不到推广的原因之一,然而功能游戏确实早就诞生了。如早年的金山打字通自带的小游戏,不仅仅是娱乐,在某种程度上,也训练了打字速度与准确性。
Foldit——蛋白质折叠游戏_第1张图片
再如早些年风靡全国中小学生的网页游戏《摩尔庄园》,给中国儿童搭建了一个虚拟社交平台,凭借着一系列的答题小游戏板块来达到教育的目的,又有防沉迷系统得到好评,可惜的是在发展过程中打开了“潘多拉魔盒”,与“氪金”游戏越来越靠近,沦为赚钱工具,后来也逐渐消失。Foldit——蛋白质折叠游戏_第2张图片
而国外的功能游戏发展相对来讲成熟一点,在教育、医疗、培训方面都起到了一定的贡献。
参考链接:知乎专栏

Foldit

简介

Foldit——蛋白质折叠游戏_第3张图片
这款名为《foldit》的游戏,正如它的名字,游戏内容就是折叠。它是华盛顿大学计算机系和生物学系在2008年联合开发出的“实验性科学游戏”,目的是借助大量玩家们的力量,找到可能存在的未知蛋白质结构。
它让用户试着操纵简单的类蛋白质构造,并定期更新以真实蛋白质结构为基础的谜题。这款游戏的创新点在于,试图用人类的思维方式去部分替代计算机计算方式,从而期望得到更好的结果。
游戏的操作不难,给出一堆几何形状的物体,代表着蛋白质的结构,有主链和侧链,还有程序自动检测的冲突,用户需要完成的工作就是拖动这些蛋白质链条,使其冲突减少,处于一个稳定的状态,而且还会有一个系统的评分机制,只要用户达到某个分数就能到达下一关。(游戏截图如下)
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当然,单纯靠人手拖动复杂而又庞大的蛋白质链条,且不说其结构组合的多样化,但是数量上就让人感到困难了,所以游戏中还有通过算法实现的自动调整侧链,给出一个解决蛋白质链条“冲突”的可行解,但是这个可行解不一定是最优的,还需要靠玩家自己琢磨和调整。
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还有微调的功能,解决了人手操作的精准度问题。
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游戏教程可以参看以下链接:
https://www.bilibili.com/video/av18824619
有兴趣的可以到网上下载:
https://fold.it/portal/

总而言之,游戏的操作不外乎拖动蛋白质主干,调整侧链的结构,游戏目标是使得蛋白质结构达到一个稳定存在的结构范围内。但是自然界中的蛋白质的结构成千上万,除了已经发现的之外,还有一堆理论上能够稳定存在,但是还没有被发现的蛋白质,也正是因为这个原因,《Foldit》成为了一个几乎不可能通关的游戏,但是也许正是这种未知性,激发了大量玩家的热情,仿佛游戏目标早已不是解谜通关,而是去探索发现自然界中一个又一个未知的蛋白质结构。

原理

生物学家们已经通过大量实验解明了蛋白质结构的基本原理,只有符合这些原理的蛋白质才能正常存活,进而构成生物。
尽管判断蛋白质是否正常存活的标准是知道了,但是,学过一点生物的都知道氨基酸的种类不同、氨基酸数目成百上千、氨基酸排列顺序千变万化、肽链空间结构千差万别导致了蛋白质结构极其多样。简单粗暴来讲,想要推出所有蛋白质的结构是十分困难的,即使是依赖于计算机也做不到如此庞大的计算。而且在一定程度上,计算机的计算模式是十分机械化的,虽然人脑的计算能力比不上计算机,但是人类独特的思维方式却是现阶段计算机无法实现的。
《Foldit》通过教程展示了什么样的蛋白质才是稳定的,玩家通过拼接不同的蛋白质组件来搭建一个可能存在的蛋白质,通过一个算法来判断这个蛋白质结构是否正确,并且给出一个分数,依次来激发玩家相互竞技的热情。
重要的一点是Foldit的玩法简单易懂(就是简单的鼠标拖拉),几乎不需要生物学知识,趣味性也不差——毕竟,Foldit可能是迄今为止开发阵容最豪华、谜题最多的解谜游戏。

影响

本篇博客之所以在开头介绍功能游戏,是因为《Foldit》这款游戏的功能性所在,这款游戏归为功能游戏的原因之一,便是它对于科学研究做出的巨大贡献。话不多说直接上图:
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这篇nature论文的第15作者就是Foldit的玩家,可见这款游戏对于科学研究的重大作用。论文第一作者、华盛顿大学蛋白设计研究所博士后研究员Brian Koepnick说道,“这些游戏玩家提出的分子多样性令人惊讶。这些新蛋白绝不逊色于拥有博士头衔的科学家所能制造出的东西。”

2010年,开发者公布说,有大约 57000 名玩家提供的结构组合要优于预测软件的模拟;一年后,一群玩家用了10天时间协助解读了一种病毒蛋白酶的晶体结构,这是艾滋病毒在细胞中复制、繁殖的关键——由于算力不足,这个问题已经悬置了15年。

研究人员在实验室中测试了由Foldit游戏玩家设计出的146种蛋白,结果发现其中的56蛋白是稳定的。这一发现表明这些游戏玩家构建出一些真实的蛋白。此外,这些研究人员收集了关于其中四种新蛋白分子的足够数据,结果表明这些设计蛋白呈现出预期的结构。

以上内容毫无疑问反映出了Foldit这款游戏与科学研究的完美融合,在众多玩家的帮助下,解决了一部分科学难题。
在Foldit的网站(https://fold.it/portal/)上还会公布一些研究成果,作为新的谜题加入游戏当中,还会有游戏的攻略等,就像一个大型的游戏论坛,有兴趣的可以到网站上看看。

参考链接:
http://www.sohu.com/a/319869008_628730
https://new.qq.com/omn/20190617/20190617A0MGJ100

结尾

文章结尾,我想说,游戏并不一定只是用来娱乐,这里介绍的《Foldit》只是其中一款功能游戏,还有许多能够对社会有价值、有贡献的功能游戏。相信在未来,功能游戏的发展可以催生出千千万万类似《Foldit》的游戏,当人们谈论起游戏,不仅仅是想到娱乐消遣,而是它对社会的巨大贡献。

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