Ar bandėte lietuvių ir amerikiečių sukurtą piliečių mokslo žaidimą „Stall Catchers“? Kaip atsirado ši neeilinė iniciatyva ir kaip su visuomenės pagalba galima įveikti Alzheimerio ligą

Tarptautinio Žmonių kompiuterijos instituto (angl., Human Computation Institute) mokslininkų misija – būtent tai. 2016-aisiais instituto suburta lietuvių ir amerikiečių komanda sukūrė piliečių mokslo žaidimą – Stall Catchers – kuriuo net 7 kartus paspartinami svarbūs Alzheimerio ligos tyrimai Kornelio universitete.

Tačiau apie viską iš pradžių. Kas paskatino mokslininkus imtis šios neeilinės iniciatyvos, ir patikėti svarbius mokslinius tyrimus „miniai“ (angl., „crowd“)? Pasak instituto vadovo, bei Stall Catchers projekto iniciatoriaus, Dr. Pietro Michelucci, ši galimybė tam tikra prasme „nukrito iš dangaus“.

„Buvau lyg vinies ieškantis plaktukas,“ – sako Dr. Michelucci. 2014-aisiais išleidęs pirmąjį žmonių kompiuterijos vadovą (The Handbook of Human Computation) bei suformavęs Žmonių kompiuterijos institutą, šis amerikiečių mokslininkas ieškojo praktinės užduoties, kuriai būtų galima pritaikyti žmonių kompiuterijos žinias, bei pasitelkti augantį žmonių kompiuterijos ekspertų tinklą.

Per bendrą pažįstamą Kornelyje Dr. Michelucci susipažino su profesoriumi Chris Schaffer. Paaiškėjo, jog prof. Schaffer laboratorijoje vykdomi nuostabūs tyrimai, galbūt padėsiantys sustabdyti Alzheimerio ligą. Tačiau šie mokslininkai susidūrė su labai didele problema. Jų gaunamų duomenų analizė užtrukdavo taip ilgai, jog atsakymo į vieną paprastą mokslinį klausimą tekdavo laukti bent metus.

Savo sukurtais dvifotoniais mikroskopais prof. Schaffer su partnere prof. Nozomi Nishimura ir kitais laboratorijoje dirbančiais mokslininkais, atrado būdą stebėti kraujotaką gyvos pelės smegenyse. Pasirodo, jog vos 2% smegenyse užsikimšusių kraujagyslių lemia iki 30% suprastėjusią smegenų kraujotaką. 30% mažiau kraujo – tai toks pat sumažėjimas, koks įvyksta staigiai atsistojus, ir jaučiame kaip svaigsta galva. Alzheimerio liga sergantys žmonės tokį deficitą jaučia visą laiką.

Sumažėjusi kraujotaka smegenyse – vienas geriausiai žinomų Alzheimerio simptomų. Tačiau nors apie jį žinota jau bent 60 metų, Kornelio mokslininkai pirmieji paaiškino, kodėl taip atsitinka. Savo atradimą jie visai neseniai publikavo prestižiniame „Nature Neuroscience“ moksliniame žurnale.

Kapiliarų kamščiai (angl., „stalls“) užkerta kraujotaką į daugybę su jais besijungiančių kraujagyslių. Panašu, jog kamščiai susiję ir su svarbiausiais Alzheimerio ligos simptomais – atminties praradimu bei nuotaikos sutrikimais.

Kornelio universiteto mokslininkai nustatė kas šiuos kamščius sudaro, ir kaip juos pašalinti. Pasirodo, jog tai – neutrofilai, imuninės sistemos ląstelės, į audinį patenkančios dėl uždegimo. Alzheimerio kamuojamose smegenyse šios ląstelės prilimpa prie kraujagyslių sienelių ir jas užkemša.

Visai atsitiktinai, ląsteles paveikus prie neutrofilų limpančiais baltymais, mokslininkams pavyko šiuos užsikimšusias kraujagysles „atkimšti“. Paaiškėjo, jog pašalinus kamščius, pelėms sugrįžta atmintis. Tai – be galo svarbus atradimas, kuris galėtų padėti rasti būdą sustabdyti Alzheimerio ligos eigą ja sergančių žmonių smegenyse, bei sumažinti ligos simptomus. Tačiau ne viskas taip paprasta.

„Šiems atradimams padaryti mums prireikė net dviejų metų intensyvaus darbo,“ – sako prof. Schaffer. „Naudojant mūsų sukurtą metodiką, gyvos pelės smegenis filmuoti labai lengva. Tačiau vos per vieną valandą surinktos medžiagos interpretacijai reikia bent savaitės įtemptos analizės laboratorijoje.“

Atrodo, jog dirbtinio intelekto ir tobulėjančių vaizdo atpažinimo technologijų amžiuje šią užduotį galėtų atlikti kompiuteris? Deja, pasirodo, jog ir tai – ne išeitis.

Kamščiai – be galo reti. Tačiau vienas jų jungiasi su daugybę kraujagyslių, todėl kiekvienas yra labai svarbus. Analizuojant medžiagą labai svarbu nepražiopsoti nei vieno kamščio. O pakankamu tikslumu šią užduotį atlikti kol kas gali tik žmogaus akis.

Taigi tyrimai Kornelio universiteto Schaffer-Nishimura laboratorijoje vyko tiesiog per lėtai. Sužinojęs apie šią mokslininkus kamuojančią problemą, Dr. Pietro Michelucci iškart paprašė jam parodyti, kaip atrodo patys tyrimų duomenys.

„Mane aplankė déjà vu.“ – sako Dr. Michelucci. „Labai panašius mikroskopu darytus filmukus jau buvau matęs! Stardust@home piliečių mokslo projekte, kur kartu su tūkstančiais kitų padėjau atrasti kosmoso dulkelių pėdsakus aerogelio, pargabento iš Stardust misijos, nuotraukose.“

Taip Dr. Michelucci suprato, jog tą patį „virtualų mikroskopą“, kurį aerogeliui naršyti pasitelkė Stardust@home projektas, būtų galima panaudoti ir Kornelio Alzheimerio tyrimams. Nors tyrinėjami, rodos, visai nesusiję duomenys – ieškoma kamščių smegenyse, o ne kosmoso dulkių aerogelyje – dėl duomenų pobūdžio ši išeitis tobulai tiko Kornelio duomenų analizės galvosūkio sprendimui.

2016-aisiais prie šio projekto prisijungė ir dvi lietuvės – Eglė Marija Ramanauskaitė, piliečių mokslo tyrėja ir mokslo komunikacijos ekspertė, bei Ieva Vaišnoraitė-Navikienė, programuotoja ir mašininio mokymosi ekspertė. O 2016-ųjų spalio mėnesį paleistas naujas, Stardust@home projekto pagrindu sukurtas žaidimas – Stall Catchers.

Nuo tada Stall Catchers žaidimą išbandė jau daugiau nei 15 tūks. žaidėjų. Apie žaidimą publikuoti straipsniai „WIRED“, „Discover Magazine“ ir kituose populiariuose leidiniuose. Žaidimas pristatytas ir Lietuvoje vykstančiame vieninteliame Baltijos šalyse žaidimų festivalyje „GameON“. Apie jį kūrėjai pasakojo „Žinių radijo“, „Labas rytas, Lietuva“, „LRT Opus“, „Mokslo sriubos“ ir kitose radijo bei televizijos laidose tiek Lietuvoje, tiek visame pasaulyje. Šiemet Stall Catchers žaidimas svečiuosis ir „Lituanicon XXX“ renginyje Vilniuje.

Per dvejus metus, Stall Catchers žaidimas padėjo ne tik patikrinti „minios“ generuojamų duomenų kokybę, bet ir atsakyti į ne vieną mokslinį klausimą apie Alzheimerio ligą ir kraujagyslių kamščius. Be to, žaidėjai padėjo atskleisti ir tam tikras mokslininkų klaidas, padarytas interpretuojant pirmuosius pelės smegenų filmukus.

„Ši tyrimų sritis visiškai nauja.“ – sako viena iš Stall Catchers žaidimo kūrėjų, Žmonių kompiuterijos instituto piliečių mokslo koordinatorė, Eglė Marija Ramanauskaitė. „Mokslininkai šiuos kamščius pastebėjo visai netyčia, savo sukurtais naujos kartos mikroskopais. Todėl nenuostabu, jog interpretuodami duomenis, gali padaryti klaidų. Daug akių turinti „minia“ gali padėti šias klaidas ištaisyti.“

Stall Catchers žaidėjo tikslas – peržiūrėjus filmuką iš pelės smegenų, nustatyti ar jame pavaizduota kraujagyslė užsikimšusi, ar ne. Už teisingus atsakymus gaunate taškų, o jei atsakymas dar nežinomas – taškus galite „atsiimti“ vėliau, kai kiekvienam filmukui surandamas patikimas „minios atsakymas“ (angl., „crowd answer“). Taip, filmukas po filmuko „medžiodami“ kamščius, Stall Catchers žaidėjai padeda išanalizuoti tūkstančius kraujagyslių per dieną.

Prie žaidimo prisijungti ir šiuos svarbius tyrimus paspartinti gali kiekvienas. Jauniausias Stall Catchers žaidėjas – vos šešerių. O didžiąją dalį „kamščių supergaudytojų“ (angl., „supercatchers“), kaip šie vadinami žaidime, sudaro pensinio amžiaus, ir net į devintąją dešimtį įkopę žaidėjai. Žmonių kompiuterijos mokslininkų sukurti „minios intelekto“ algoritmai užtikrina, jog kiekvienam žaidimo filmukui randamas patikimas „minios atsakymas“. Todėl net jei padarysite vieną kitą klaidą, nesibaiminkite – galutinių rezultatų suklaidinti niekaip nepavyks!

Taigi, griebkite kompiuterį, planšetę ar išmanųjį telefoną ir… į medžioklę!

Žaidimą galite žaisti apsilankę StallCatchers.com interneto svetainėje.

E.M.Ramanauskaitė

Šaltiniai:

1. Human Computation Institute ir Stall Catchers archyvo medžiaga.
2. Hernández, J. C. C., Bracko, O., Kersbergen, C. J., Muse, V., Haft-Javaherian, M., Berg, M., … & Kang, Y. (2019). Neutrophil adhesion in brain capillaries reduces cortical blood flow and impairs memory function in Alzheimer’s disease mouse models. Nature Neuroscience, 1. https://www.nature.com/articles/s41593-018-0329-4
3. Bringing crowd power to Alzheimer’s Research. Cornell BME Newsletter, Fall 2016. https://www.bme.cornell.edu/bme/alumni/bme-newsletters/2016-bme-newsletter/bringing-crowd-power-alzheimers-research.