玩电子游戏,解决现实生活中的科学难题

5118电子游戏 发布 2020-06-07 点击:()

玩电子游戏,解决现实生活中的科学难题

摘要: 现在,电脑游戏已成为许多人生活的常规。 但是,除了娱乐之外,在教育和科学领域也可能成为非常有用的工具。 如果您在很短的时间内玩基于科学的电子游戏来解决实际的科学问题

现在,电脑游戏已成为许多人生活的常规。 但是,除了娱乐之外,在教育和科学领域也可能成为非常有用的工具。

如果您在很短的时间内玩基于科学的电子游戏来解决实际的科学问题,您将获得哪些新知识?

玩电子游戏,解决现实生活中的科学难题

许多游戏旨在利用人们每天花在游戏上的无数时间来获得学术优势。 仅在生物化学领域,就有几种,包括流行的游戏Foldit 。

在Foldit中,通过操作计算机画面上显示的疑似蛋白质,尝试发现蛋白质的详细三维结构。 必须遵循氨基酸的顺序和生物化学特性的相互接近性等现实世界的各种限制。 在学术研究中,这些任务通常由训练有素的专家执行。

成千上万的人--接受或不接受科学训练--定期玩Foldit。 当然很高兴,但他们真的是以专家们还没有具备的方式为科学做出了贡献吗? 为了回答这个问题-找出非专业人士在科学游戏中可以学到的东西-我们最近在游戏玩家,本科生和专业科学家之间举办了Foldit竞赛。 与使用常用软件的专业科学家相比,业余玩家的表现更出色。

这表明像Foldit这样的科学游戏真的是生物化学研究的宝贵资源,同时也能提供舒适的娱乐。 从更广泛的角度来看,面向游戏玩家的众包(也就是所谓的“游戏玩家外包”)有望提供给更多的研究领域。

仔细观察蛋白质

从细胞壁的建立到抗病,蛋白质基本上完成了维持机体生存和健康所需的所有微观任务。 通过近距离观察蛋白质,生物化学家能够更好地了解生命本身。

了解蛋白质的折叠方法也很重要。 因为如果不能正确折叠,蛋白质就不能在细胞中发挥其作用。 更糟的是,阿尔茨海默病,帕金森病,ALS等部分蛋白质折叠后,有时会引起衰弱性疾病。

拍蛋白质照片

首先,通过向细胞教授如何制作所给蛋白质的DNA的分析,可以了解构成该蛋白质的氨基酸序列。 但这并不是蛋白质的形状。

为了得到三维结构的图像,使用了被称为X射线晶体学的技术。 这使您只能看到纳米大小的物体。 通过从多个角度拍摄蛋白质的X射线,可以构筑具有蛋白质实际形状的大致轮廓的数字3D模型(称为电子密度图)。 之后,科学家决定氨基酸序列如何适合电子密度图,并且在生物化学上合理地折叠。

尽管此过程并不容易,但许多晶体学家认为这是晶体学中最有趣的部分,因为它就像解决三维拼图一样。

竞赛及其结果显示,生物游戏是如何像游戏一样改善生物化学教育的,这已成为数年的高潮。

玩电子游戏,解决现实生活中的科学难题

当我们给学生提供电子密度图并让他们用鼠标和键盘将氨基酸移动到周围并将蛋白质折叠到图中时,学生们就喜欢它-有些人发现自己无视其他作业,以至于困惑我们。 当学生们从事作业时,我们发现他们提出的问题变得越来越复杂,深入研究了蛋白质的潜在生物化学。

最后,实际上有10%的班级成功地改进了以前由专业晶体学家解决的结构。 他们对零件进行了调整,以使其比专业人士所能承受的更好。 最有可能的是,由于有60名学生分别进行研究,因此他们中的一些人设法解决了最初的晶体学家所遗漏的一些小错误。 这一结果使我们想起了Foldit游戏。

从教室到游戏室

像结晶学者一样,Foldit玩家可以用自己困难的直觉操纵氨基酸,从而确定蛋白质的结构。 但是,世界上有数千名非科学的参加者参加,并不是高度训练的专家一个人工作。 他们想寻找挑战性的课题,并将其游戏技能应用于好的事业中。

Foldit的开发人员刚刚完成了该游戏的新版本,该版本提供了基于三维晶体电子的电子密度图的谜题。 他们打算看运动员怎么做。

我们向学生们提出了新的结晶学课题,并传达了与Foldit玩家竞争以产生最佳的结晶结构。 另外,还邀请了接受过训练的2名结晶学者使用他们熟悉的软件进行竞争,并邀请他们参加结晶学者经常使用的几个自动化软件包。 比赛开始了!

业余爱好者胜过专业人士

学生们像Foldit选手一样对作业进行了激烈的攻击。 与以往一样,学生们通过手工制作蛋白质结构,学习了组装蛋白质的方法。 另外,两个团体似乎都以自己在开拓新科学中的作用为荣。

比赛结束时,分析了全体参加者的所有结构。 我们计算了有关竞争结构的统计数据,以显示每个参与者解决问题的准确性。 结果范围从根本不适合地图的非常差的结构到示例解决方案。

最高的结构是由9名Foldit参加者组成的团队,他们正在努力提出宏大的蛋白质结构。 经测试,其配置优于两位经过培训的专业人士。

无论是学生还是Foldit玩家,因为很有趣,所以都迫切希望掌握困难的概念。 他们得出的结果,给我们带来了真正有助于改善生物化学的科学结果。

此外,还有许多类似的游戏,如大型多路径在线角色扮演游戏“Eve Online”中的“Discovery”迷你游戏,可帮助Human Protein Atlas和Eterna构建一种解读RNA分子折叠的方法。 你自己起来。 如果教育相关人员从中学开始就有可能将科学游戏引入授课中,那么很有可能会发现学生们在度过好的时间的同时,对深入学习也非常积极。 我们鼓励游戏设计师和科学家更好地合作开发有目标的游戏,并鼓励全世界的游戏玩家参与更多的游戏以促进科学进程。


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