5.3.2 Foldit

Foldit - это белая складчатая игра, которая позволяет неспециалистам участвовать в том, что интересно.

Приз Netflix, несмотря на то, что он впечатляющий и понятный, не иллюстрирует весь спектр проектов открытых вызовов. Например, в Приложении Netflix большинство серьезных участников прошли годы обучения статистике и компьютерному обучению. Но проекты с открытым вызовом могут также включать участников, у которых нет формального обучения, как было показано Foldit, белой складной игрой.

Складывание белка - это процесс, посредством которого цепочка аминокислот приобретает свою форму. Благодаря лучшему пониманию этого процесса, биологи могли бы разработать белки с особыми формами, которые можно было бы использовать в качестве лекарств. Упрощение совсем немного, белки, как правило, переходят в конфигурацию с наименьшей энергией, конфигурацию, которая уравновешивает различные толчки и тянет внутри белка (рисунок 5.7). Итак, если исследователь хочет предсказать форму, в которую будет стекать белок, решение кажется простым: просто попробуйте все возможные конфигурации, вычислите их энергию и представьте, что белок будет складываться в конфигурацию с наименьшей энергией. К сожалению, попытки всех возможных конфигураций вычислительно невозможны, так как существуют миллиарды и миллиарды потенциальных конфигураций. Даже с самыми мощными компьютерами, доступными сегодня - и в обозримом будущем - грубая сила просто не сработает. Поэтому биологи разработали множество умных алгоритмов для эффективного поиска конфигурации с наименьшей энергией. Но, несмотря на огромное количество научных и вычислительных усилий, эти алгоритмы еще далеки от совершенства.

Рисунок 5.7: Складывание белка. Изображение предоставлено «DrKjaergaard» / Викисклада .

Дэвид Бейкер и его исследовательская группа в Вашингтонском университете были частью сообщества ученых, работающих над созданием вычислительных подходов к сгибанию белка. В одном проекте Бейкер и его коллеги разработали систему, которая позволила добровольцам пожертвовать неиспользуемое время на своих компьютерах, чтобы помочь сгибать белок моделирования. В свою очередь, волонтеры могли наблюдать за скринсейвером, показывающим складку белка, которая происходила на их компьютере. Некоторые из этих добровольцев писали Бейкеру и коллегам, что они думают, что они могут улучшить производительность компьютера, если они могут быть вовлечены в расчет. И таким образом начался Foldit (Hand 2010) .

Foldit превращает процесс сгибания белка в игру, которую может сыграть любой. С точки зрения игрока Фолдит кажется головоломкой (рисунок 5.8). Игроки представлены трехмерной путаницей белковой структуры и могут выполнять операции - «настраивать», «покачивать», «перестраивать», чтобы изменить свою форму. Выполняя эти операции, игроки меняют форму белка, что, в свою очередь, увеличивает или уменьшает их количество. Критически оценка рассчитывается на основе энергетического уровня текущей конфигурации; более низкие энергетические конфигурации приводят к более высоким показателям. Другими словами, оценка помогает вести игроков, когда они ищут конфигурации с низкой энергией. Эта игра возможна только потому, что - так же, как предсказание рейтингов фильмов в Netflix Prize-white folding также является ситуацией, когда легче проверять решения, чем генерировать их.

Рисунок 5.8: Экран игры для Foldit. Воспроизводится с разрешения http://www.fold.it.

Элегантный дизайн Foldit позволяет игрокам с небольшими формальными знаниями в области биохимии конкурировать с лучшими алгоритмами, разработанными экспертами. Хотя большинство игроков не особенно хорошо справляются с задачей, есть несколько отдельных игроков и небольшие команды игроков, которые являются исключительными. Фактически, в головокружительном соревновании между игроками Foldit и новейшими алгоритмами, игроки создали лучшие решения для 5 из 10 белков (Cooper et al. 2010) .

Foldit и приз Netflix отличаются разными способами, но оба они включают открытые вызовы для решений, которые легче проверить, чем генерировать. Теперь мы увидим одну и ту же структуру в еще одной совершенно другой обстановке: патентное право. Этот последний пример проблемы с открытым вызовом показывает, что этот подход можно также использовать в настройках, которые явно не поддаются количественной оценке.