Dalla demenza ai computer quantistici, i giochi che aiutano la ricerca

APPROFONDIMENTO – Navigare in acque sconosciute e fotografare mostri marini. È questo lo scopo di Sea Hero Quest, un gioco per smartphone disponibile per iOS e per Android, sviluppato dai ricercatori della UCL e dell’Università dell’East Anglia, con il supporto di Deutsche Telecom e della Alzheimer’s Research UK. Sì, perché Sea Hero Quest non è un gioco di intrattenimento come tutti gli altri: mentre guidiamo la nostra barca alla ricerca dei pezzi perduti di una mappa, stiamo aiutando gli scienziati che studiano la demenza.

I ricercatori che lo hanno sviluppato affermano che due minuti di gioco sono equivalenti a cinque ore di test di laboratorio. Con 100 000 partecipanti si potrebbe arrivare a una quantità di dati pari a quella che viene normalmente ottenuta in 5 anni di studi.

Lo scopo è quello di capire meglio come funzionano alcune capacità cognitive, in particolare la capacità di orientamento e di navigazione spaziale (la perdita di queste abilità è tra i primi sintomi che si manifestano nella demenza). Analizzando migliaia di dati di “navigatori” anonimi, i ricercatori vorrebbero riuscire a stabilire quali sono le capacità di orientamento nella popolazione sana, in modo da riconoscere il prima possibile i casi di demenza. I dati contribuirebbero quindi a sviluppare dei metodi per ottenere una diagnosi più precoce.

Eterna

La cosidetta gamification – l’utilizzo di tecniche ludiche anche in settori diversi da giochi – della citizen science non è cosa nuova. Foldit, il puzzle 3D per studiare la struttura delle proteine, tra i predecessori di questo filone, ha compiuto da poco 8 anni.

Proprio di pochi giorni fa è invece l’annuncio di un nuovo gioco, Eterna Medicine, che potrebbe aiutare a sviluppare un test per diagnosticare la tubercolosi. Le premesse sembrano promettenti. La prima versione di Eterna – che risale ormai a 5 anni fa e che ha come scopo quello di disegnare sequenze di RNA con una struttura stabile – ha avuto finora 150 000 giocatori.

L’aspetto interessante è che alcuni dati ottenuti dai giocatori di Eterna sono stati utilizzati per scrivere un articolo scientifico, pubblicato sul Journal of Molecular Biology. Il contributo dei non-esperti è stato in questo caso fondamentale: i tre giocatori hanno infatti identificato una serie di nuove regole, utili per determinare la difficoltà di disegnare strutture di RNA. Hanno poi contattato i ricercatori della Stanford University School of Medicine per sottoporre loro le evidenze che avevano accumulato. Sulla base di queste indicazioni, i ricercatori hanno realizzato alcuni test e da questi risultati sono emerse informazioni interessanti per tutta la comunità scientifica.

Come abbiamo visto, l’oggetto di queste ricerche è la struttura tridimensionale dell’RNA. La struttura che assumono le molecole di questo acido nucleico è fondamentale perché determina come interagiscono, in modo simile a quanto avviene per le proteine. La possibilità di ottenere informazioni sulle strutture di RNA apre a una nuova generazione di metodi diagnostici e terapie RNA-based, dirette per esempio contro il cancro, i virus e i disturbi neurologici.

La nuova versione: Eterna Medicine

Dall’idea di utilizzare l’aiuto dei giocatori per uno scopo più applicativo, i ricercatori sono arrivati a progettare la nuova versione di Eterna, Eterna Medicine. Qui l’obiettivo diagnostico preciso è quello di sviluppare un nuovo test per la tubercolosi.

Purvesh Khatri, della Stanford School of Medicine, ha sviluppato un test in grado di diagnosticare la malattia attraverso una analisi del sangue. Il test considera l’espressione di tre geni, cioè la trascrizione dei geni in RNA. Quando si ottiene una precisa proporzione tra i tre, significa che il paziente è affetto da tubercolosi. La sfida è quella di far diventare questo esame – che oggi ha bisogno di analisi di laboratorio – un test rapido, da effettuare direttamente su un bastoncino.

Per fare questo Khatri propone di utilizzare una molecola a RNA, chiamata OpenTB, formata da tre parti, ognuna delle quali lega uno degli RNA presenti nel sangue del paziente. A seconda delle proporzioni delle molecole di RNA che si legano a OpenTB, la molecola test assume diverse conformazioni, riconosciute da una molecola fluorescente. La quantità di fluorescenza indica la conformazione di OpenTB e quindi, al raggiungimento di una soglia, permette di stabilire la diagnosi di tubercolosi.

A cosa serve il contributo dei cittadini? A individuare una molecola che possa funzionare come OpenTB. Come nella versione precedente del gioco, lo scopo di Eterna Medicine è quello di ottenere strutture stabili di RNA. Sarebbe importante avere centinaia di migliaia di strutture, tra le quali i ricercatori ne selezionerebbero un migliaio circa. Su queste verrebbero concentrate le loro analisi, fino a ottenere una ventina di molecole di RNA sulle quali effettuare gli esami di laboratorio.

Non solo biologia

Come avviene anche per altri progetti di citizen science, molti dei videogiochi utilizzati per la ricerca sono dedicati alla biologia. Oltre ai casi già visti, citiamo come esempio EyeWire, sviluppato dal MIT e dall’Università di Princeton, che ha l’obiettivo di mappare la struttura 3D dei neuroni della retina, oppure Phylo, che aiuta i ricercatori ad allineare le sequenze di DNA.

Non mancano però casi in altre discipline. Quantum moves è una piattaforma online, disponibile sia per desktop sia per mobile, sviluppata dai ricercatori della Aarhus University, in Danimarca. Lo scopo di questo gioco, recentemente descritto in un articolo pubblicato su Nature, è quello di contribuire alla ricerca sui computer quantistici. I giocatori devono svolgere dei compiti, come per esempio spostare un contenitore d’acqua lungo una linea. L’obiettivo è quello di riuscire a scoprire di più su una delle capacità umane che a oggi non può essere imitata da nessun computer: l’intuizione. Se si potessero individuare degli schemi strutturali, poi questi potrebbero essere “insegnati” ai computer, in modo da velocizzare i processi di elaborazione. Come negli altri casi, per riconoscere schemi ripetuti è fondamentale analizzare il comportamento di migliaia di giocatori. Ma non solo: i giocatori esperti, con la loro capacità di pensare fuori dagli schemi, potrebbero essere i candidati ideali per aiutare a risolvere in modo intuitivo i problemi quantistici.

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