如果玩電子遊戲所用的腦力可以轉移到更具生產力的方向，例如幫助科學家解決複雜的生物學問題，會怎麼樣？
華盛頓大學（U.W.）西雅圖分校的一組生物化學家和計算機科學家現在報告說，他們已經成功地利用了人類的這種解決問題的潛力。他們在 2008 年釋出的線上競技遊戲“Foldit”招募了線上解謎者的幫助，以破解科學界最棘手的一個謎團：蛋白質如何摺疊成複雜的三維形狀。玩家解決的“謎題”是部分摺疊蛋白質的三維表示，玩家可以對其進行操作和重塑，以獲得最高的分數。分數基於生化指標，衡量玩家的最終結構與蛋白質在自然界中的表現形式的匹配程度。
當研究人員分析 57,000 名 Foldit 玩家所採用的策略時，他們發現人類在某些方面的模式識別和蛋白質結構預測方面比當前的計算軟體更好。事實上，玩家在 10 個謎題中的 5 個謎題中表現優於計算機，並且透過使用計算機未使用的更多樣化的解決方案，在其他 3 個謎題中提供了類似的結果。研究結果於 8 月 4 日線上發表在《自然》雜誌上（《大眾科學》是自然出版集團的一部分）。
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科學家們希望將新發現的策略納入計算機演算法中，以改進蛋白質結構的自動測定。最終的希望是使用這些技術來設計新的蛋白質來對抗阿爾茨海默病和癌症等疾病，並開發針對艾滋病毒和瘧疾的疫苗。
“這是一種解決[複雜]科學問題的新穎而令人興奮的方法，”U.W.計算機科學與工程博士生、該論文的第一作者 Seth Cooper 說。“我們正在讓人們參與進來，這些人不一定接受過生物化學和科學方面的培訓。這為任何對科學充滿熱情和興趣的人提供了一種 僅透過玩電子遊戲就可以提供幫助的方式。”
蛋白質是身體的“主力軍”——各種型別的蛋白質參與幾乎所有的細胞過程，從複製基因到消化食物。它們在體內移動物質，併發揮主要的結構功能——例如，構成肌肉和皮膚的主要成分。
為了執行其各種功能，蛋白質與其他分子相互作用，而這些相互作用高度依賴於蛋白質的三維形狀。摺疊不當的蛋白質是許多疾病的根源，包括某些癌症和囊性纖維化，以及阿爾茨海默病、帕金森病和克雅氏病。因此，為了更好地瞭解蛋白質的功能，科學家必須瞭解其結構。
瞭解蛋白質如何獲得最佳、功能性的三維形狀並非易事。事實上，在 2005 年，《科學》雜誌將“蛋白質摺疊問題”列為 125 個最引人入勝的科學問題之一。幾十年來，我們一直知道構成蛋白質的氨基酸的義大利麵條狀鏈決定了其三維形狀。而且，得益於人類基因組計劃，我們知道了體內所有蛋白質的所有氨基酸序列。然而，任何給定的鏈都可以摺疊成三維結構的方式是天文數字，並且其中只有一種是功能性的。自然界中的蛋白質如何在短短幾秒鐘內解決這個問題並正確摺疊 幾十年來一直困擾著科學家。如果蛋白質要逐一測試每種可能的結構，則需要長達 1080 秒才能達到正確的結構，這個時間比宇宙的年齡還要長 60 個數量級。顯然，有一些“規則”控制著蛋白質如何摺疊以及摺疊的速度。
科學家們想學習這些規則，並最終能夠預測未知蛋白質將採用的三維形狀，這些資訊可用於開發治療疾病的新藥，甚至設計具有新酶功能的新蛋白質，例如合成生物燃料或降解有毒物質。
獲取此資訊的一種方法是使用計算機——測試可能的蛋白質結構正是處理器可以高效處理的任務型別，儘管它會佔用大量的資源並且仍然需要很多年。為了加快速度，科學家們開發了依賴於“分散式計算”的蛋白質結構預測軟體，這是一種蠻力方法，其中許多執行該程式的個人計算機將閒置的 CPU 時間貢獻給計算蛋白質摺疊問題。本質上，大量的計算機被捆綁在一起，形成一個“超級計算機”，對大量的不同蛋白質結構進行取樣。
Foldit 出自其中一個分散式計算專案 Rosetta@Home，這是一個螢幕保護程式，它透過儘可能快地隨機更改蛋白質來嘗試找到天然蛋白質結構，並儘可能多地使用個人計算機。Rosetta@Home 由 David Baker 領導的團隊開發，他是該研究的合著者和 U.W.的生物化學教授。“人們開始寫信說，他們看到計算機在做錯誤的事情，並想知道他們是否可以做任何事情，”Baker 說。他的小組懷疑，如果他們可以加入人類的推理和空間解決問題的能力，他們可以提高軟體的蛋白質結構預測能力，因此他們招募了計算機科學家的幫助，包括 Cooper 和他的導師 Zoran Popović。
“在分散式計算模型中，一組計算機執行相同的演算法，”Cooper 說。“就 Foldit 而言，該遊戲分佈在許多不同的玩家中，每個玩家都有獨特的視角——從某種意義上說，他們自己的演算法。”
在他們的論文中，科學家們描述了一類特殊的、部分摺疊的蛋白質，玩家似乎特別擅長解決其摺疊問題。這些蛋白質既有一個暴露的疏水（厭水）區域，該區域“想要”埋在內部區域中，又在蛋白質核心中有一個方便的“孔”，可以將厭水域放置在其中。Cooper 解釋說，對於計算機來說，這是一個相當困難的問題，需要以最初不利的方式重組蛋白質。“這是一個人可以看看並看到[解決方案]的那種事情，”Cooper 說。玩家能夠將蛋白質重新排列成更最佳化的形狀，即使這需要導致玩家失去分數的操作。
加利福尼亞大學聖地亞哥分校的化學、生物化學和物理學教授 Peter Wolynes 說，“他們已經成功地讓很大一部分人機通訊工作了”，他也研究蛋白質結構預測，但沒有參與這項研究。他指出，計算機在從無特徵的、未摺疊的氨基酸鏈中提出可能的結構方面仍然表現更好。然而，在計算機呈現部分摺疊的結構之後，這款遊戲“為人們提供了一種自動化的方法來分離[蛋白質]。一旦[玩家]知道了規則並且能夠視覺化它們，他們就可以發揮他們的智慧，”他說，並補充說“科學的一部分是識別看起來不好的部分”，這是一項難以放入數學演算法的任務。
那麼 Foldit 的下一步是什麼？Cooper 說，他們已經使玩家能夠設計自然界中不存在的新蛋白質，並已開始在實驗室中測試玩家設計的蛋白質。“希望我們最終會有一個玩家能夠找到治療疾病的方法，”Cooper 說。“我們還沒有治癒任何疾病，但這是目標之一。這是一個將影片遊戲用於人類，用於善意的機會。”