openscience

Η πρόσφατη εξαφάνιση του Boeing των Μαλαισιανών Αερογραμμών έδωσε την ευκαιρία στην εταιρία DigitalGlobe να διαφημίσει την υπηρεσία της TomNod, με έναν ιδιαίτερα ευρηματικό τρόπο: κάλεσε τους χρήστες του internet να ψάξουν στις δορυφορικές της φωτογραφίες για τυχόν συντρίμμια ή άλλα ίχνη του μοιραίου αεροπλάνου, βοηθώντας έτσι το έργο των ερευνών που καλούνται να καλύψουν μέσα σε μικρό διάστημα μια τεράστια έκταση. Αν και η έννοια του πληθοπορισμού (crowdsourcing) είναι αρκετά γνωστή στην κοινότητα των χρηστών του internet και αφορά στη συνδυαστική χρήση της εργασίας πολλών χρηστών, ώστε να αντιμετωπιστεί ένα πρόβλημα που θα απαιτούσε πολύ κόπο και χρόνο για έναν ή λίγους ανθρώπους, αυτή η δράση φέρνει στην επιφάνεια και μια άλλη πολύ έξυπνη ιδέα: γιατί να μη χρησιμοποιήσουμε τη νοημοσύνη και τις γνωσιακές ικανότητες των ανθρώπων για να απαντήσουμε σε ερωτήματα στα οποία οι άνθρωποι είναι (ακόμα και τώρα) πιο ικανοί από τους υπολογιστές; Τέτοια ερωτήματα συνήθως σχετίζονται με την αναγνώριση κάποιων χαρακτηριστικών σχημάτων, μορφών ή ακολουθιών από σύμβολα, στη γρήγορη ταξινόμηση και εντοπισμό χαρακτηριστικών σε μια εικόνα ή στην παροχή πληροφοριών που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν για την εκπαίδευση ενός υπολογιστικού συστήματος ώστε αυτό να αναγνωρίζει, για παράδειγμα, μια έκφραση σε ένα ανθρώπινο πρόσωπο, όπως θα το κατάφερνε και ο ίδιος ο χρήστης.

Και ποιο καλύτερο μέσο για να υλοποιήσουμε αυτήν την ιδέα του Citizen Science από τα παιχνίδια: ο ανταγωνισμός, η δράση, η αλληλεπίδραση και το καλαίσθητο περιβάλλον ενός παιχνιδιού είναι συχνά το καλύτερο κίνητρο για έναν χρήστη για να αφιερώσει κάποια λεπτά της καθημερινότητάς του σε μια δραστηριότητα που μπορεί να έχει μεγαλύτερο όφελος στην επιστήμη και την ανθρωπότητα. Μια από τις πιο γνωστές τέτοιες προσπάθειες είναι το παιχνίδι Foldit: εδώ, οι παίκτες αλληλεπιδρούν με τρισδιάστατα μοντέλα πρωτεϊνών, τις οποίες διπλώνουν σε χαρακτηριστικά τους σημεία, μιμούμενοι τους πιθανούς τρόπους με τους οποίους προκύπτουν οι πρωτεΐνες που βρίσκουμε στη φύση. Κάποιες από αυτές σχετίζονται με φάρμακα, κάποιες με ασθένειες (συνήθως ιούς), ενώ άλλες με βιομηχανικές δράσεις. Χαρακτηριστικό της προσφοράς των παικτών στο Foldit στην ερευνητική κοινότητα είναι ότι μέσα σε δέκα μόλις μέρες κατάφεραν να αποκρυπτογραφήσουν την κρυσταλλική δομή μιας πρωτεάσης ενός ιού που προκαλεί AIDS σε πιθήκους: το πρόβλημα αυτό απασχολούσε τους επιστήμονες για 15 ολόκληρα χρόνια. Αντίστοιχα, το 2012 οι παίκτες του Foldit κατάφεραν να ανασχεδιάσουν μια πρωτεΐνη που είναι καταλύτης στις χημικές αντιδράσεις Diels-Adler που χρησιμοποιούνται εκτενώς στη συνθετική χημεία: προσθέτοντας 13 αμινοξέα στο συνθετικό μοντέλο, οι παίκτες του Foldit κατάφεραν να αυξήσουν τη δραστικότητα της πρωτεΐνης κατά 13 φορές!

Γενικά, η βιολογία είναι ένα συχνό αντικείμενο στα παιχνίδια του Citizen Science. Στο EteRNA, οι παίκτες καλούνται να σχεδιάσουν ακολουθίες RNA, οι οποίες να ταιριάζουν σε συγκεκριμένα πρότυπα – η λογική εδώ είναι ότι οι υπολογιστικές προσεγγίσεις μπορεί να είναι πιο ακριβείς, είναι όμως εξαιρετικά χρονοβόρες, ενώ ο άνθρωπος μπορεί να ακολουθήσει ευρετικές μεθόδους, με μικρότερη ακρίβεια, αλλά εξαιρετικές επιδόσεις σε ό,τι αφορά στο χρόνο παραγωγής των λύσεων. Αντίστοιχα, στο Phylo οι παίκτες βοηθούν στην ευθυγράμμιση αλληλουχιών (sequence alignment) σε μόρια πρωτεΐνών, DNA και RNA. Η διαδικασία αυτή είναι εξαιρετικά σημαντική στην προσπάθεια που κάνουν οι ερευνητές να αποκωδικοποιήσουν το γονιδίωμα του ανθρώπου, αλλά και άλλων οργανισμών, και η χρήση των ευρετικών τεχνικών από τους παίκτες μπορεί κι εδώ να είναι περισσότερο αποδοτική από την υπολογιστική ισχύ. Αν σκεφτούμε ότι το γονιδίωμα που επεξεργάζονται οι ερευνητές έχει μέγεθος περίπου 3 δισεκατομμύρια ζεύγη βάσεων, ο εντοπισμός των καλύτερων ευθυγραμμίσεων με υπολογιστικές μεθόδους γίνεται μια εξαιρετικά απαιτητική διαδικασία – το παιχνίδι «σπάει» το συνολικό πρόβλημα σε μικρότερα, τα οποία δίνονται στους παίκτες, οι οποίοι αναγνωρίζουν τα ταιριάσματα με οπτικό τρόπο αρκετά γρήγορα και αξιόπιστα.

Φεύγοντας από τις πρωτεΐνες και πηγαίνοντας προς τα κύτταρα του ανθρώπινου σώματος, το παιχνίδι EyeWire προσπαθεί να βοηθήσει στην ταξινόμηση κυττάρων στην περιοχή του αμφιβληστροειδούς στο μάτι και στη χαρτογράφηση των συνδέσεων ανάμεσα στους νευρώνες σε αυτήν την περιοχή, κάτι που θα μας βοηθήσει να καταλάβουμε με μεγαλύτερη λεπτομέρεια το μηχανισμό της όρασης. Εδώ, η επεξεργασία ξεκινά από τον ίδιο τον υπολογιστή, με το χρήστη να καλείται να συμπληρώσει τα ίχνη των νευρώνων που μπορεί να μην εντοπίστηκαν από την αυτόματη διαδικασία ή να τα επεκτείνει προς κατευθύνσεις που δε φαίνονται καθόλου στα αρχικά τρισδιάστατα μοντέλα. Το EyeWire δίνει το μοντέλο μιας περιοχής σε πέντε διαφορετικούς παίκτες και δέχεται σαν σωστό το ίχνος που αναγνωρίστηκε από την πλειοψηφία τους. Πάνω από 100.000 παίκτες από 130 χώρες ήδη χρησιμοποιούν το EyeWire, βοηθώντας σε μια διαδικασία που θα απαιτούσε εργασία 50 εκατομμυρίων ετών (!) για έναν ερευνητή.

Μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της Ιατρικής, η ανάλυση γενετικής πληροφορίας για την αντιμετώπιση του καρκίνου, είναι το αντικείμενο του Play to Cure: Genes in Space. Εδώ, οι παίκτες χαρτογραφούν την πορεία ενός διαστημοπλοίου σε έναν εικονικό κόσμο και μετά πλοηγούν το σκάφος τους ώστε να μαζέψουν μια σειρά από πλουτοπαραγωγικές πηγές που είναι διάσπαρτες μέσα του. Με κάθε παιχνίδι, οι παίκτες εντοπίζουν επαναλαμβανόμενα πρότυπα που είναι κρυμμένα μέσα στη γενετική πληροφορία και αναλύουν την ποικιλότητα που συναντούν. Τα αποτελέσματα της διαδικασίας στέλνονται στη μη κερδοσκοπική οργάνωση Cancer Research UK, βοηθώντας τους να εντοπίσουν τα γονίδια που διαφέρουν ανάμεσα στους υγιείς συμμετέχοντες και τους ασθενείς. Η ομάδα της Cancer Research UK ετοιμάζει ένα παρόμοιο παιχνίδι (CellSlider), το οποίο αναμένεται να μειώσει το χρόνο που χρειάζεται για την ανάλυση των δειγμάτων από 18 μήνες σε μόλις τρεις. Αντίστοιχος είναι και ο ρόλος του παιχνιδιού NanoDoc, στο οποίο οι παίκτες πειραματίζονται με τη σχεδίαση νανοσωματιδίων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν νανο-οχήματα σε θεραπευτικές ουσίες για την αντιμετώπιση του καρκίνου – σε αυτήν την περίπτωση, οι βέλτιστες στρατηγικές που θα υποβάλουν οι παίκτες θα δοκιμαστούν από τους επιστήμονες για αξιολόγηση σε περιβάλλοντα είτε in vitro (δηλαδή στο εργαστήριο), είτε σε κλινικές δοκιμές.

Η εκμετάλλευση των οπτικών και γνωσιακών ικανοτήτων των ανθρώπων μπορεί να είναι πολύ χρήσιμη όχι μόνο στο επίπεδο των μορίων ή των κυττάρων, αλλά και στο διάστημα. Στο παιχνίδι Planet Hunters, οι παίκτες επεξεργάζονται δεδομένα που έχει συλλέξει η NASA μέσω του διαστημικού σκάφους Kepler, αναζητώντας πλανήτες έξω από το ηλιακό μας σύστημα. Όπως λένε οι σχεδιαστές του παιχνιδιού, πρόκειται στην ουσία για ένα «στοίχημα» για το αν μπορεί το ανθρώπινο μάτι να ανακαλύψει κάτι που δε μπορεί να το «δει» ο υπολογιστής, έστω κι αν η πιθανότητα να γίνει αυτό είναι εξαιρετικά μικρή. Η ιδέα εδώ είναι ότι τόσο οι υπολογιστές, όσο και οι παίκτες ψάχνουν για τις τροχιές των πλανητών, καθώς αυτοί περνούν μπροστά από ένα άστρο, μεταβάλλοντας τη φαινόμενη φωτεινότητά του. Αν και οι υπολογιστές είναι εξαιρετικοί στο να εντοπίζουν πρότυπα με τα οποία έχουν εκπαιδευτεί μέσα σε ένα σύνολο δεδομένων, αντιμετωπίζουν μεγάλες δυσκολίες στο να ανακαλύπτουν μεταβολές ή ανωμαλίες που δεν έχουν «δει» σε προηγούμενα σύνολα δεδομένων – εδώ έρχεται και πάλι η ισχύς του πληθοπορισμού, συμπληρώνοντας αυτό το κενό και δίνοντας τις απαντήσεις που ψάχνουν οι ερευνητές του προγράμματος.

Το παιχνίδι Planet Hunters συμπεριλαμβάνεται στην πλατφόρμα Zooniverse, η οποία περιέχει μια σειρά από έργα και παιχνίδια citizen science στους τομείς της βιολογίας, της αστρονομίας, αλλά ακόμα και της ιστορίας, της αρχαιολογίας και της κλιματολογίας. Για παράδειγμα, στο Ancient Lives, οι χρήστες βοηθούν τους ειδικούς από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης να διαβάσουν επιγραφές και παπύρους από την αρχαιότητα, σημειώνοντας ένα προς ένα τα γράμματα του Ελληνικού αλφαβήτου πάνω στα ψηφιοποιημένα κείμενα. Αν και δεν πρόκειται για παιχνίδι, με τη στενή έννοια του όρου, το περιεχόμενο της διαδικασίας είναι εξαιρετικά ενδιαφέρον για τους Έλληνες και ιδιαίτερα πρωτότυπο.

Μια άλλη δραστηριότητα του Zooniverse, επιστρέφοντας στην κλίμακα του διαστήματος, είναι το Galaxy Zoo. Εδώ, οι συμμετέχοντες παρατηρούν εικόνες μακρινών γαλαξιών που έχουν καταγραφεί σε μια σειρά από επιστημονικά πειράματα, από το Sloan Digital Sky Survey στα μέσα της προηγούμενης δεκαετίας μέχρι το United Kingdom Infrared Telescope (UKIRT) στη Χαβάη, τα τηλεσκόπια Isaac Newton και William Herschel στην Τενερίφη και άλλα τηλεσκόπια στη Χιλή, την Ισπανία, και την Αριζόνα, αλλά κυρίως το τηλεσκόπιο Hubble που είναι σε τροχιά σε ύψος περίπου 560 χιλιομέτρων από τη Γη. Το βασικό πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι επιστήμονες (και οι υπολογιστές τους) είναι ότι οι εικόνες των μακρινών γαλαξιών δεν είναι αρκετά ευκρινείς, ώστε οι υπολογιστικές μέθοδοι να τις ταξινομήσουν με βάση τα χαρακτηριστικά των γαλαξιών (σχήμα και χαρακτηριστικά). Έτσι, το ανθρώπινο μάτι καλείται και πάλι να καλύψει αυτό το κενό, προσφέροντας την εμπειρία και την ισχύ του πλήθους. Αντίστοιχες προσπάθειες ταξινόμησης γίνονται και σε φωτογραφίες ζώων και φυτών, όπως στο Great Sunflower Project.

Όπως γίνεται εύκολα αντιληπτό από την ποικιλία και το πλήθος αυτών των παιχνιδιών, οι δυνατότητες των παιχνιδιών και των παιγνιωδών δραστηριοτήτων στον τομέα του citizen science είναι εξαιρετικά μεγάλες. Για να διευκολύνει τη συλλογή δεδομένων από μεγάλο πλήθος χρηστών, το Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon δημιούργησε τη δικτυακή πλατφόρμα SENSR, η οποία διευκολύνει τη συλλογή δεδομένων, με την ελπίδα να ολοκληρωθούν οι εργασίες υπολογισμού πιο γρήγορα και με πιο αξιόπιστα αποτελέσματα από αυτά που θα είχε ένας υπολογιστής. Αν σε αυτό το πεδίο προσθέσουμε και τη διάδοση τόσο των κινητών/φορητών συσκευών, όσο και των κοινωνικών δικτύων, φαίνεται εύκολα ότι πηγαίνουμε ένα ακόμα βήμα πιο κοντά στην «άμεση δημοκρατία» και, γιατί όχι, την «άμεση επιστήμη».

Αυτό το άρθρο πρωτοεμφανίστηκε στο newsletter του Goodnews.gr