Ігри та наука – хто кого? ч. 1 Біологія

Так склалося, що науку і ігри рідко пов’язують, і цей взаємозв’язок залишається прихованим у тіні гігантського баобаба індустріалізації. Стереотип, що наука допомагає іграм лише частково і опосередковано, надаючи сировину і додаючи продуктивності, або ж навпаки, що ігри аж ніяк не стосуються науки і ніяк їй не допомагають, збіса живучий і поширений. Чи можливо його зруйнувати? Якщо заглибититись у цей двобій, то цілком імовірно, що всі цеглинки цього примарного будинку збудовані на упередженості. Тож — маємо на меті розвіяти всі ваші стереотипи. Лагідно і послідовно.

Ти у грі?

Перші комп’ютерні ігри були зроблені, як ілюстрація вирішення певних математичних завдань, візуалізації процесів розрахунку — щось на кшталт малювання графіків за певними правилами. Як ось, пам’ятаєте, у школі були завдання про імовірності із шахами, гральними кубиками тощо. Не дивно, що перші комп’ютерні ігри були пов’язані з математичними моделями, адже навчити комп’ютер грати в шахи за всіма правилами було поважним викликом для математиків. Навіть для Тюринґа, батька теорії штучного інтелекту.

Майже відразу після виникнення комп’ютерні ігри різко відділились від науки. З часом вони сформували таку потужну індустрію, з якою може конкурувати тільки мабуть видобуток нафти і газу. Але чи повернулись вони до науки згодом? І яким боком?

Гуртові розрахунки

Наука – вона як жінка: їй теж потрібно все більше і більше ресурсів, аби вдовольнити потреби, продиктовані бажанням розвиватися (Аніта Саркісян щасливо ридає від цього формулювання).

Чим дужче пітніли розробники програм над обчисленням тих чи інших математичних завдань, тим чіткіше вимальовувалась потреба негайно проводити силу-силенну розрахунків, а потужностей одного комп’ютера не вистачало. Так у 1994 виникла ідея розподіляти розрахунки на різні комп’ютери, мінімізувавши навантаження на головний комп’ютер. Безліч людей використовує ПК в якості друкарської машинки, а потужності, які простоюють, могли б допомогти у вирішенні наукових проблем.

Так виникла World Community Grid, спільнота, що об’єднала кілька проектів добровільних розрахунків ув одну мережу. Це ознаменувало початок епохи швидкого росту технологій.

Однією із перших популярних програм колективних розрахунків була така собі SETI@home, метою якої було знайти інопланетний розум. Для пошуку використовувалось чимало супутників, які записували шум, який є сумою не тільки випромінювання від радарів, біологічних та небесних тіл, супутників, а й сигналів позаземних цивілізацій.

SETI@home

Аби відсіяти шуми, властиві земним об’єктам, слід застосувати величезні потужності, на які один комп’ютер не був спроможний, і всі обчислення вирішили розбивати на волонтерів, які, завантаживши програмний комплекс, долучали свої комп’ютери до процесу розрахунків, сформувавши таким чином базу учасників.

Сьогодні у таких системах може виконуватися 20 трильйонів операцій за секунду, за умови що в системі одночасно беруть участь приблизно 6000 користувачів. Експеримент вдався, а платформу для розподілених розрахунків на базі університету Берклі (BOINC) і досі використовують для подібних розрахункових толок. Нещодавно вона стала доступною навіть для Android.

Добровільні розрахунки започатковували на комп’ютерах, які довго простоюють. Клієнти BOINC ставились у комп’ютерних кабінетах шкіл та університетів, на офісні комп’ютери, за якими мало працюють і в бібліотеках. Зараз абсолютно реально взяти участь в таких проектах, паралельно граючись у якісь нескладні іграшки та слухаючи музику, і тим самим допомагати шукати взаємозв’язок у геномах всіх людей на Землі, ліки від раку і нові пульсари в сусідніх галактиках. Галактиках, Карле! А ти і далі жалійся, що Фолаут не запускається, бо в тебе слабенький процесор.

Ігри завдають удару у відповідь

Сам процес розрахунків — це не гра. Спершу потрібно було просто виконувати обробку даних і участь юзера — незначна. За перші ж п’ять років існування проектів на кшталт @home стало зрозуміло, що вони не такі успішні, як би того хотілося. Все було пов’язано із тим, що або у користувачів швидко зникало бажання брати участь в експериментах, або комп’ютери банально ламались, або сертифікат про участь у проектах (читай „якийсь папірець“) не був достатньою для цього мотивацією. Завдання, що поставали перед наукою, теж змінювались.

Тепер для моделювання складних процесів потрібні не тільки потужні комп’ютери, а й людські мізки. Аби сформувати перші нейронні моделі, слід було запроваджувати цілу мережу агентів, які б цю модель „навчали“. Ще для низки процесів потрібна була участь живої людини, бо тільки вона, навчаючись за певними принципами, могла відділити ті, чи інші параметри:  Хабрахабр, або GeekTimes мають достатньо матеріалів на тему навчання таких моделей.

Для вирішення певних завдань були потрібні цілком реальні люди, які мають здатність навчатись і присвячувати проектові певний час. Яким чином зацікавити людину допомагати, при цьому не приковуючи її до крісла ланцюгами? Правильно: ґейміфікувати фабулу проекту! Тоді вона починає бути схожою на витвір мистецтва і таки дійсно затягує людей у процес з руками і ногами.

Були різні приклади існування таких проектів, в яких ти шляхом гри допомагаєш прогресу. Здебільшого, за жанром — це 3D-пазли.

Зокрема, це проект EteRNA, в якому вам запропонують здизайнерити форму моделі РНК, яку можливо, якщо вона виглядатиме достойно, реалізують в лабораторії і дослідять її властивості. CellSlider, The Cure та Phylo працюють із генетичними відхиленнями. Перші дві шукають ліки від раку, а остання об’єднує проекти пошуку ліків від захворювань в єдине ціле.

Screenshot_6

Але особливо гідний поваги з дизайнерського, науково-біологічного і ґеймерського поглядів EyeWire. Його мета — створити 3D-модель мозку (перцептрон), в якій слід чітко розрізнити кожну нервову клітину і її відростки.

А ось і виступ ініціаторів проекту на TedX.

Screenshot_3

Здавалось би, це дуже просте завдання, але насправді один нейрон може мати аксони (це так зветься найдовший відросток) довжиною до двох метрів.

WARNING!  Багато біології!

Тобто можна просто уявити собі, що одна нервова клітина може перебувати у нашому мозку, а її кінчик дістає нашої п’яти. При цьому, слід не забувати, що нервова реакція відбувається тоді, коли нейрони передають між собою імпульси за рахунок їх місця зчеплення, адже вони не зростаються, а просто перебувають на певній відстані (дуже-дуже маленькій), де обмінюються йонами кальцію, аби реакція між ними відбулась. Тобто вони утворюють собою велетенський клубок ниток, який комусь слід розплутати.

Screenshot_4

Розробники EyeWire (а саме студія Seung Lab із Прінстона) постарались над усім: над стартовою сторінкою, адже вся гра виконується онлайн, і ми з перших екранів бачимо, з чим будемо працювати: це і перші знімки нейрона (який нам доведеться відділяти як желейного черв’ячка від гурту інших, які склеїлись від довгого лежання в банці), і його кольорові мапи, і саму модель уже досліджених нейронів мозку.

Screenshot_2

У середньому, за одне вдале мапування неспеціалістом можна зібрати до 200 очок, а як бачимо із турнірної таблиці, особливо пристрасні фанати можуть назбирувати до 300 тисяч за день.

Окремо слід відзначити приємну спільноту гри, яка зустрічає новачків приязно і створює особливий шарм цій розробці. Я не раз балакала із приємною 70-річної викладачкою на пенсії з університету Берклі, яка замість пасьянсу Косинка удома грається в цю забавку на своєму iPad.

Атмосферний амбієнт, який дещо нагадує Kerbal Space Program, або Space Engeneers, затишно супроводжує нас у процесі мапування і створює враження дотичності до чогось і справді високого.

Туторіал у EyeWire дещо заскладний, як для неспеціалістів, але вже за кілька разів, коли тобі показують, де ти правильно вгадуєш, де закінчується попередній нейрон і наступний ще не почався, ти набуваєш досвіду і стаєш істинним нейроджедаєм.

Screenshot_1

Хто сказав, що науковці не грають в ігри? Вони тепер навчились їх створювати і знають, як показати свою проблему так, аби зацікавити нею тих, хто в ній раніше не розумівся. Спосіб подання наукового завдання у вигляді гри виявився новим засобом комунікації, який відродив ігри, як засіб вирішення наукових проблем, став знову ілюструвати наукові розробки, а наука тісно вплелась в ігролад і нерідко сильно впливає на сюжет, а іноді навіть стає єдиним його підґрунтям. У будь-якому випадку, сьогодні двобій „ігри vs. наука“ припинено, а ці два гіганти працюють пліч-о-пліч, складаючи свої зусилля докупи, аби наука ставала доступною, ігри – ще цікавішими, а допомога науці — завданням цілої спільноти.

Не нокаут

Історично все складається так, що взаємозв’язок ігор та науки обростає все новими контекстами, які можна розуміти по-різному. Розглядати його — це наче бути Шерлоком, про якого Вотсон напише: „Отож, двобій між іграми і наукою ще продовжиться для видатного детектива: наступна історія розповість про фізику в іграх“.

І інфографіка, яка розповідає про основні періоди розвитку, про які йшлося у статті.

000000002


Приєднуйтесь! Ще більше коротких, але цікавих новин в нашій групі VK: vk.com/playua


Приєднуйся до обговорення →
  • >Але особливо гідний поваги з дизайнерського, науково-біологічного
    І тут я зрозумів, що жодна стаття Alex Korchevski не обходиться без слова “дизайн”

    До речі, інфографіка гарна.

  • Kozak Mamay

    Більше таких статей!!
    Дуже класно:)

  • Oleksandr Masnyi

    чудова стаття)

  • Oleksandr

    Гарна інфорграфіка. Але не до кінця зрозумів, що, посеред інших фактів, робить цифра, котра ілюструє кількість учасників програм розподілених обчислень.
    UPD: Чи, може, я не зрозумів головної теми статті. Тут порівнюється, як ігри та наука вплинули на обчислювальні здібності комп’ютерів, загалом?

    • Олександра Корчевська

      Це факти для власного порівняння, якщо майже кожен на Землі має комп’ютер, то який відсоток від жителів Землі бере участь у вирішенні якихось наукових проблем шляхом добровільних розподілених обчислень. Інша справа, що такі ж проекти можуть використовуватись для комерції, але це вже інша історія. І що ця цифра може зрости, якщо проекти гейміфікувати. Бо вдало гейміфіковані проекти мають великий успіх, і про них в цій статті розказано.)

  • Прочитав статтю із задоволеням, файно! :)

  • Михайло Сухінець

    Толкова стаття, так тримати!)

  • Leoriy

    Стаття чудова, молодець.

  • Aken Bosch

    > особливо пристрасні фанати можуть назбирувати до 300 тисяч за день.
    Там 30 тис а не 300

    • Олександра Корчевська

      Машинально, коли писала, випадково доставила нуль, вибач.)