Quando giocare fa bene alla scienza

Come per il calcolo distribuito dei client di BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) in cui per partecipare è sufficiente mettere a disposizione il tempo morto del proprio personal computer per sostenere diversi progetti scientifici come il SETI@home (analisi dei dati provenienti dai radiotelescopi per la ricerca della vita extraterrestre), o il Rosetta@home (previsione della struttura delle proteine), LHC@home, e molti altri che trovate qui, esistono altri progetti scientifici con maggiore interattività che consentono la partecipazione attiva degli utenti finalizzata alla ricerca condivisa.

Foldit, il gioco online di David Baker, sfrutta le capacità di base dei volontari per risolvere la struttura tridimensionale delle proteine. C. MCLEAN/UW MEDICINE

Uno di questi è foldit, il videogioco sperimentale sviluppato in collaborazione con i dipartimenti di informatica, ingegneria e biochimica dell’Università di Washington e rilasciato nel 2008. Finora ha conquistato ben 57.000 consensi da liberi giocatori che consapevolmente mettono a disposizione il loro intuito per il bene scientifico comune. Il software è scaricabile gratuitamente, e la partecipazione al progetto è libera.

Il gioco consiste in un vero e proprio rompicapo che riguarda le problematiche del ripiegamento molecolare delle proteine, attraverso il quale le macromolecole biologiche in questione raggiungono una struttura tridimensionale al fine di assumere la loro funzione fisiologica.

Dopo una serie di tutorial necessari per l’apprendimento del gioco, periodicamente vengono rilasciati dei puzzle che contengono progettazioni di strutture o ricerche su nuove proteine, che l’utente-giocatore manipola al fine di trovare la struttura più probabile (con più bassa energia), a cui viene attribuito un punteggio in base all’efficacia funzionale o sul corretto ripiegamento della proteina. Questi punteggi permettono di realizzare una classifica per ogni puzzle e una classifica globale degli utenti. Gli utenti di Foldit possono creare dei gruppi e condividere le “soluzioni” dei puzzle.

Prevedere come la struttura primaria di una proteina si trasformi in una struttura tridimensionale funzionale è molto difficile: i principi energetici che regolano il ripiegamento sono noti, ma la previsione della struttura di una proteina richiede un’enorme potenza di calcolo. Unendo le capacità intuitive del cervello umano alla potenza di calcolo dei computer, i ricercatori che hanno sviluppato Foldit sperano di migliorare la qualità delle previsioni.

Ed ecco che i primi risultati positivi sono stati raccolti in una pubblicazione curata dagli stessi ricercatori e divulgata da Nature, che tratta l’interazione tra i ricercatori, i mezzi informatici e la potenza dei “giocatori” che ha permesso di raggiungere risultati che altrimenti avrebbero richiesto anni di lavoro computazionale e di assidua ricerca.

Anche la più piccola proteina può avere diverse centinaia di aminoacidi, per cui i computer devono arrancare attraverso migliaia di gradi di libertà per arrivare a uno stato energetico ottimale. Ma gli esseri umani, dotati di un innato talento molto evoluto per la manipolazione spaziale, spesso riescono a vedere la soluzione in maniera del tutto intuitiva.

Riconoscendo l’inaspettata opportunità, David Baker chiese l’aiuto dei colleghi informatici. Entro la metà del 2008, avevano creato una interfaccia per Rosetta@home, che non solo permetteva agli utenti di assistere al calcolo, ma dava loro un incentivo trasformandolo in un gioco online.

Una schermata del gioco. Imagecredit: Wikimedia Commons

E il metodo funziona davvero! Questa settimana, Baker e i suoi colleghi pubblicano la prova che i giocatori in testa alla classifica di Foldit riescono a piegare le proteine meglio di un computer. Collaborando, questi giocatori mettono a disposizione nuove strategie per la manipolazione ottimale di queste molecole. “Questa incredibile potenza umana di calcolo là fuori aspetta solo di essere utilizzata”, spiega Baker, che alimenta con le tattiche migliori i suoi algoritmi di Rosetta.

Ma non è tutto: molti progetti stanno emergendo nel settore del calcolo distribuito, e il numero di pubblicazioni in base al metodo è in costante aumento. “Siamo all’alba di una nuova era, nella quale il calcolo condiviso tra umani e macchine viene mescolato “, come afferma Michael Kearns, uno scienziato informatico presso l’Università di Philadelphia, che ha valutato il concetto di pensiero distribuito come parte di un inedito studio del 2008 finanziato dalla Difesa statunitense Advanced Research Projects Agency (DARPA). Kearns sostiene che questo approccio ha le migliori premesse in settori come la visione, la linguistica e nei complessi puzzle di logica – territori in cui si prevede che siano gli esseri umani a mantenere un vantaggio sui computer ancora per qualche tempo.

David Anderson, uno scienziato informatico della UCB e fondatore di BOINC, ammette che l’approccio è ancora lontano dal diventare mainstream. Per molti scienziati scettici, dice, «c’è questa idea che stanno cedendo il controllo e che in qualche modo la loro importanza sia diminuita”. Ma i fautori del pensiero distribuito, come François Grey, un fisico del CERN di Ginevra, hanno pochi dubbi. Lo scorso luglio, Grey ha contribuito a fondare il Citizen Cyberscience Centre di Ginevra, che mira a promuovere progetti di pensiero distribuito, soprattutto nei paesi in via di sviluppo. Grey è attualmente impegnato nella creazione di alcuni progetti di informatica distribuita in Cina, e ha contribuito a organizzare un seminario che si terrà a Londra il prossimo settembre per incoraggiare gli scienziati ad adottare le nuove impostazioni. “L’intero settore ha ancora una immagine troppo giocosa, che richiama utenti solo per divertimento o per pubbliche relazioni”, dice Grey. “Questo è ciò che bisogna sfatare”.

Riusciranno mai a distrarre tutti i fan dell’ultimo blockbuster sparatutto, per dirottarli verso un più costruttivo universo  ludico incentrato sulla condivisione dell’intelligenza nell’interesse del progresso scientifico?

Ulteriori informazioni: http://en.wikipedia.org/wiki/Foldit

Nature:

• http://www.nature.com/doifinder/10.1038/nature09304 (pag. 756)
• http://www.nature.com/nature/journal/v466/n7307/edsumm/e100805-10.html
• http://www.nature.com/news/2010/100804/full/466685a.html

Sito web: http://fold.it/portal/