游戏科学：玩游戏也能参与科学研究

电子游戏自诞生以来，绝大多数时间都无法从主流媒体收获太多正面的评价，对其做出“玩物丧志”一类的评价，并非只是中国特有的偏见。然而，就如一款优秀的游戏可以不只是商业产物，同样也可以是艺术作品一样，确实有某些游戏能在科学领域里提供帮助，甚至成为科研本身的一部分，这并非所谓“寓教于乐”一类的托辞，而是真实存在的例证。

游戏最初和科学扯上关系，其实和电子游戏最初诞生的缘由密不可分，众所周知，在上个世纪7、80年代，在家用游戏机尚未普及前，最初的电子游戏有相当一部分都是程序员们在早期计算机上一时兴起，编写出来用来消磨时间的某些小程序，其中就包括对数学或物理模型的简单再现——换句话说，这部分游戏本身就是一个在计算机上模拟的科学实验。

可以举一个典型的代表“生命游戏”（Game of Life），这个数学游戏最初是在1970年由著名数学科普作家马丁·加德纳所提出。在方格棋盘上用棋子来代表单个细胞，之后根据每一格周围细胞的数目不同，来决定下一阶段某个细胞存活，死亡或从空格中诞生出新细胞，如此经过若干轮后，就能根据每一个初始条件演变出无穷的可能性。

很显然，这一数学游戏和计算机简直是天作之合，很容易就能编写出一段简单的程序来模拟这一过程，之后的几十年时间直至现在，始终都有大量爱好者孜孜不倦的利用计算机演绎生命游戏，也创造出了大量奇特的范例，堪称美妙的图案。有兴趣的读者大可以自己搜索相关的资料，而随着计算机性能本身的飞速发展，也有越来越多的程序都能以看似游戏的形式来模拟更多，天体运行、简单机械、生命进化等不一而足。

如果这类模型和大众所习惯的游戏概念还有一定距离，那么也不难找出在这方面更进一步的例子，如许多玩家应该会有深刻印象的《孢子》。这款游戏最大的特色自然就是对生命起源的再现，玩家从数十亿年前的一个单细胞生物逐步向前发展，随着时间的推移进化成多细胞生物，再进一步发展大脑功能，最后产生出群集生物。这个过程漫长而复杂，当中大量的参数设计让每个人都迟早会随着一步步选择不同，最终诞生出专属于自己的生命，形态习性都不会有两个完全相同的结果。

（《孢子》独特的想象力让许多玩家记忆犹新，遗憾这类游戏未能继续发扬光大。）

从现实意义上来说，这类游戏未必全然符合科学，不过确实是一个很好的契机，至少让玩家们在玩过这类游戏之后觉得有某些不同，进而对相关的东西真正产生兴趣，投身于更进一步的研究之中，尽管这可能过于理想化，但并非白日说梦，而当互联网出现后，科学家们发现游戏还有更多的利用价值，能让玩家们真正为科研工作贡献出自己的一份力量。

早在上世纪六十年代，大型计算机刚刚投入到科学实验中的年代，“云计算”的萌芽想法就已经被部分科学家所提出，希望能够由多台计算机来分担程序运行，来减少时间和消耗。而一直到互联网正式铺开到全球后，这一想法有了现实意义，迄今在许多国外网站上，你都不难找到类似的计划，希望个人用户可以下载相应程序后，利用家用电脑的空闲时间协助运行，之后将结果反馈汇总。这类研究也五花八门，从正规实验室提供的研究项目，到个人爱好者一时兴起的奇思妙想，应有尽有。

也正是这类想法逐步得到实现后，让众多科学家们确实开始考虑进一步的计划，对于许多人来说，他们多少有过科学家之梦，只是由于种种原因，能真正进行正规科学研究的人不说万中无一，至少也是百里挑一。然而，更多的人并不介意在游戏上花掉相当多的时间及精力，那么为什么不能把这部分消耗拿来妥善的利用一下？

第一个在这方面获得成功的例子，或许应该是一款名为《Foldit》的游戏。这款游戏由华盛顿大学贝克实验室在2008年左右开发，用于蛋白质结构预测、蛋白质-蛋白质对接和蛋白质设计的研究。具体表现出来的形式则是提供一系列教程，让下载游戏后的用户在3D画面下试着操纵简单的类蛋白质构造，变形，折叠，拼接，并定期更新以真实蛋白质结构为基础的谜题。该程序让用户在工具辅助解谜，就能够得出实际的蛋白质模型。每当结构被变动，一个“分数”会根据折叠的完善程度给出。

生物学上的难点在于解明肽链是如何折叠成三维的蛋白质结构，虽然大致的程序已经为人所知，但根据不同蛋白质结构来实际模拟还是需要大量的运算。《Foldit》尝试利用人脑天生的三维图形匹配能力，该程序出的谜题都是基于已被人们清楚了解的蛋白质；通过分析人类在解这些谜题时的直觉思考途径，研究者希望能改进现有蛋白质折叠软件所用的算法，而实际结果来看，他们完全有可能收获更惊人的回报，游戏在开放一年后就已经有8.2万台计算机成为这一项目的活跃志愿者，曾经花费科学家十五年之久来研究的一类艾滋病毒逆转录蛋白酶的结构在十天内被玩家们破解，科学家们开始意识到利用集体智慧会对他们的工作产生更多的帮助，尤其是需要海量组合数据的生物、化学等领域。

（游戏《Foldit》让玩家拆借设计各种蛋白质的3D结构寻找可行算法。）

另一个在最近取得成果的优秀名字是《EteRNA》，从设计来看，EteRNA有点像休闲游戏“宝石迷阵”或者更经典的俄罗斯方块，玩家可以通过点击对各种颜色的小块进行重组。但是和休闲游戏不同的是，在EteRNA里的小块，事实上是构建生物最基本单元RNA的物质——核苷酸，玩家对其自由组合，可以创造出各种各样的分子。游戏设计来自于斯坦福大学和卡内基梅隆大学的科学家，通过几万名玩家对RNA的自主操纵，游戏事实上也在模拟真实世界中RNA的运作规律。

和普通游戏一样，EteRNA也有着激励机制：得分最高的玩家可以有机会让自己的RNA设计在真实世界中存在——每周，斯坦福大学会选拔4到16名玩家设计的分子进行人工合成，而入选者绝大部分都是业余玩家，有在麦当劳打工的学生，有退休后的数学教师，也有私人诊所的牙医，而他们做的事情以及参与这计划的心情都是别无二致的。

纽约律师罗伯特·罗格斯基表示作为一名出色的玩家，他已经有14条设计被选拔为人工合成名单。“它可以解码出一种前所未见的蛋白质，它可能是未来治疗青光眼或癌症的基础，也可能会导致‘僵尸末日’的出现。”这种奖励成为很多玩家的动机。他们仔细地研究实验室提供的各种数据，看如何合成分子、在自然界中有怎样的功能，然后再进一步修改自己的设计。这样，玩家在做着原本是科学家的工作，他们可以帮助科学家来解开各种未知的谜题。

这个游戏已经真正得到了学术界的认可。在最近一期《美国国家科学院院刊》上刊登了所得出的第一个重要的学术成果。在名为《海量公开实验室所得RNA设计规律》的论文中，研究人员写道，通过37000名科学爱好者的参与设计，参与者不仅在进行分子模拟，而且直接参与了RNA的合成实验，这使得研究人员发现了一些此前未知的设计规律。论文的署名作者共有11位，最后一份署名为“EteRNA参与者”，附录的详细注释中则显示了所有37542名玩家的注册名，只有10%是职业科学家。

（不加以特殊说明，《EteRNA》看起来的确就是普通的图形游戏）

在生物学外，天文学也能成为游戏玩家可以一展身手的舞台。一款名为《Planet Hunters》（行星猎人）的游戏顾名思义，是让玩家以自己的眼睛寻找太阳系外行星。通过收集自NASA开普勒空间望远镜的资料，然后由计划参与者以肉眼分辨各恒星亮度随时间的变化，这些亮度变化资料将会以光变曲线显示。这对于发现行星相当有用，因为当行星从恒星盘面前方通过时，恒星光度就会下降，也就是凌星现象，一旦有玩家能够确认到足够的数据，就大有可能因此发现某颗新行星。

事实上，“行星猎人”也只是一个更大计划“宇宙动物园”（Zooniverse）的一部分，在官方网站上，这个计划多年来已经提供了大量让普通公民能确实参与天文研究工作的不同项目，帮助识别可能的外星无线电信号，进行星系分类划分，甚至设计寻找暗物质的算法，或许某些已经超出一般玩家的能力范围，但事实证明当面向范围足够大后，多少会有所收获，行星猎人计划执行至今已经分析了超过1200万笔观测资料，在2012年10月，行星猎人计划宣布该计划中两位参与者发现了一颗四重恒星系统内类似海王星的系外行星，这是首次在如此复杂的恒星系统中发现有稳定轨道的系外行星。该系统距离地球5000光年，而这颗新行星被编号为PH1，正是“Planet Hunters 1”的缩写。

互联网令集体智慧得以进入科研领域，而以游戏的方式来把更多人集中到一起，让由科学爱好者或非专业人员参与进行的“公民科学”研究有了更普及有效的方式，把科幻游戏中描述的幻想一点点变为现实，这确实是一个很了不起的成就，甚至比取得的成果本身还有意义。

“大量的玩家一起合作，用游戏的形式来解开复杂的问题，这本身就是很重要的研究。”信息传播学者凯西·奥唐纳针对这一类科学游戏给出了一个很有力的评价，“通过游戏和玩家来参与科学，我们改变了科研的形式。”