Открыть звезду, не вставая со стула: что такое гражданская наука и на что она способна

Лаборатория на дому

Проект Foldit — настоящий долгожитель среди инициатив, объединяющих науку и волонтерство: он существует с 2008 года на базе Вашингтонского университета. Его привлекательность, вероятно, связана не только с возможностью послужить на благо человечеству, но и с самим дизайном проекта. Благодаря игровой механике одна из самых сложных задач в сфере биологии и медицины — изучение структуры различных протеинов — оказывается сопряжена с развлечением, а не монотонным трудом. Тем не менее такая форма нисколько не умаляет заслуг волонтеров. Без их участия исследования растянулись бы на десятки, а то и сотни лет. Вариаций структуры определенного протеина существует так много, что даже машинные вычисления занимают колоссальное количество времени. В отличие от компьютеров люди используют пространственное мышление и аналитические способности, кроме того, для решения этой задачи они могут объединять свои усилия.

Что отдельно любопытно, проект Foldit появился спустя восемь лет после запуска родственного Folding@home на базе того же Вашингтонского университета. Только в Folding@home добровольцы не были напрямую вовлечены в работу над научной головоломкой, вместо этого программа использовала незадействованные мощности их компьютеров. Такой подход тоже принес свои плоды: в марте 2020 года производительность распределенной сети превысила возможности 500 суперкомпьютеров мира. Всего с момента запуска проекта исследователи смогли опубликовать порядка 225 научных статей, где фигурировали данные, обнаруженные благодаря Folding@home.

И всё же в гонке между машиной и человеком в этот раз победил коллективный разум: в 2019 году пользователям Foldit удалось создать несколько карт протеиновых структур, которые по качеству превосходили аналогичные материалы, созданные компьютером и даже экспертами.

И чем больше людей участвует в проекте, тем ближе человечество оказывается к созданию надежных лекарств против СПИДа, рака и болезни Альцгеймера.

Использование компьютерных мощностей пользователей и геймификация научных задач — пожалуй, самые распространенные подходы для вовлечения людей в гражданскую науку, но далеко не единственные. Формы участия в исследовательских проектах весьма разнообразны — от самонаблюдения до распознавания животных на снимках наружных камер наблюдения.

Один из наиболее запоминающихся случаев произошел в 2017 году, когда американский астроном-любитель Скотт Тилли обнаружил местонахождение космического корабля NASA, пропавшего в 2005-м.

В некоторых случаях речь идет о прицельной работе с локальными сообществами. Например, британские ученые Муки Хаклай и Джером Льюис сотрудничают с группой охотников-собирателей бака, живущих в джунглях Камеруна. Антропологи обучают местных жителей пользоваться смартфонами, а затем объясняют, как с помощью специального приложения можно фиксировать случаи браконьерства и отправлять информацию в Лондонское зоологическое общество для ее последующей обработки.

Лучше сориентироваться во всем многообразии проектов в сфере гражданской науки помогут специальные платформы-агрегаторы Zooniverse, где представлено более 100 активных программ, и Citizen Science Games, где собраны проекты игрового формата, а также поисковая система Scistarter.

Возвращение к истокам

Хотя термин «гражданская наука», которым сегодня обозначается участие неспециалистов в научных исследованиях, был предложен социологом Аланом Ирвином только в середине 1990-х, само по себе явление имеет гораздо более долгую историю. Можно сказать, что оно появилось даже до формирования современных научных дисциплин. Еще в Древнем Китае местные жители отслеживали сезонные передвижения саранчи, чтобы защитить урожай от нападения насекомых. Наблюдения крестьян, по сути, мало отличаются от нынешних практик биологов-любителей.

Профессор Женевского университета Бруно Штрассер приводит еще один исторический пример: в XVIII веке научные академии часто объявляли опен-коллы, призывая граждан присоединиться к решению той или иной научной задачи. Если человек находил ответ, то его реальная сфера деятельности не имела значения, участвовать могли все.

В современной же науке существует строгое ограничение: только специалисты, получившие магистерскую или докторскую степень, могут заниматься «настоящими» исследованиями. По мнению Штрассера, гражданская наука, в особенности DIY-инициативы, помогает исправить эту ситуацию и наделить неспециалистов инструментами для участия в большой науке.

Сторонники DIY-биологии выступают за доступность научного знания и объясняют, как использовать его в прикладных целях. Спектр проектов в этой области довольно разнообразен. Платформа DIYbio.org, основанная в 2008 году, объединяет подобные инициативы по всему миру. Здесь, к примеру, есть ссылка на проект Open Insulin, посвященный созданию открытого протокола для производства инсулина в домашних условиях. Тут же можно обнаружить стартап, занимающийся производством «настоящего» веганского сыра, или лабораторию, где изучают геномику комбучи.

Может быть интересно

Салат из жуков, техномясо и вино из пчел. Что человечество будет есть в 2050-м

Британский географ Муки Хаклай отмечает, что наука постепенно начинает всё больше доверять волонтерам. Первые проекты в сфере гражданской науки были в основном сосредоточены на опыте наблюдения за природой и животными, то есть позиция добровольцев была достаточно пассивной. В последнее время стали появляться исследования, в которых неспециалисты и ученые работают бок о бок и считают друг друга коллегами.

Гражданская наука всё больше приближается к тому определению, которое в начале XX века дал ей изобретатель термина Алан Ирвин: «наука, сосредоточенная на нуждах и проблемах граждан», и «форма научного знания, полученного и задокументированного самими гражданами».

Фотография из твиттера проекта Open Insulin. Источник

Опасения и предубеждения

Против гражданской науки существует такое предубеждение: вероятность ошибок при работе неспециалиста с данными наверняка выше. Что, если наблюдения или вычисления добровольца окажутся некорректными? Не поставит ли это под удар всё исследование? Подобные опасения излишни: обычно над одной задачей параллельно трудится множество человек, и компьютер легко отсеет неверные решения, проанализировав весь массив данных. В свою очередь, правильные ответы, найденные коллективным разумом, используются для обучения нейросетей, благодаря чему алгоритм становится всё более точным. Кроме того, если нужно идентифицировать некий объект на картинке, а разрешение исходного файла низкое или на снимке много деталей, то человек способен справиться с этой задачей гораздо эффективнее, чем машина.

Показания добровольцев могут оказаться особенно ценными в сфере урбанистики, поскольку датчики для измерения качества воды или воздуха могут быть расположены неравномерно на территории города и на его окраинах, поэтому усредненные данные не всегда точны. Когда произошла ядерная авария в префектуре Фукусима, группа независимых исследователей запустила проект Safecast, обучавший жителей самостоятельно измерять уровень радиации. Поначалу местные власти и эксперты относились скептически к этой инициативе, однако спустя некоторое время стало ясно, что данные, предоставленные добровольцами, куда более точны, чем информация, которой располагали правительственные структуры.

В некоторых районах, по официальной версии считавшихся безопасными, на самом деле уровень радиации был критическим, и наоборот: на некоторых улицах, по которым власти не советовали передвигаться, в действительности не было угрозы для здоровья.

Если в гражданской науке и есть спорные моменты, то они скорее связаны с безопасностью данных, особенно в сфере медицины. Такие программы, как 100forParkinsons, Kinsey Reporter, The American Gut Project и PatientsLikeMe, собирают отчеты пользователей об их здоровье как для исследовательских целей, так и для составления персонализированной истории болезни пациента. Хотя они помогают врачам составить более точную картину течения серьезных или малоизученных недугов, а также повысить уровень медицинской грамотности пользователя, никто не может гарантировать, что утечка персональных данных не произойдет.

Гражданская наука и искусство

Доступность и междисциплинарная открытость гражданской науки привлекает и современных художников, с охотой перенимающих ее принципы и инструменты. Существует даже отдельное направление art & science, представители которого работают на стыке науки и искусства. Впрочем, в таких проектах зрители отнюдь не всегда вовлекаются в исследования (отчасти по очевидным этическим соображениям: не все подобные эксперименты безопасны).

Художник Томас Сарацено известен любовью к паукам. Для него паутина сама по себе является произведением искусства, поэтому Сарацено неоднократно выставлял хрупкие структуры, сотканные нечеловеческими авторами, в галереях и музеях. В экспериментальной студии художника находятся сотни паутин, которые он постоянно изучает вместе с коллегами. В 2018 году исследовательские заслуги Сарацено признало даже научное сообщество: его студии впервые удалось создать технологию трехмерного сканирования паутин, благодаря которой были обнаружены новые закономерности в архитектурных изысках членистоногих.

В инсталляции Hybrid semi-social solitary Instrument HD 74874 2019 художник и вовсе реализовал эксперимент по межвидовому сотрудничеству: он поместил в специальный террариум трех пауков разных видов, рассчитывая увидеть более сложные типы переплетений. Исследовательская интуиция художника не подвела: опыт оказался успешным — членистоногие действительно сплели совершенно новый тип паутины.

До смелого эксперимента Сарацено науке не были известны случаи такого межвидового труда.

Фрагмент одной из работ Томаса Сарацено. Источник

В отличие от Сарацено, чьи работы не предполагают интерактивности, Карстен Хёллер относится к авторам, которые стремятся вовлечь аудиторию в исследовательский процесс. Будучи ученым по первому образованию, Хёллер хорошо знает, как устроена механика экспериментов, и нередко повторяет знаменитые научные опыты в художественных проектах. Его выставка «Решение» (Decision), показанная в лондонской галерее Hayward в 2015 году, представляла собой целый ряд различных испытаний. С одним из них посетитель сталкивался уже на входе: чтобы попасть в первый зал, нужно было выбрать одну из двух дверей, за которыми лежали два абсолютно разных маршрута. Попав в экспериментальную архитектурную среду, человек начинал по-другому воспринимать пространство и себя в нем. Далее зрителю предстояло пройти еще несколько психологических тестов и поразмыслить над своими решениями. Наконец, в одной из комнат посетителю предлагалось прочувствовать, каково это — видеть мир перевернутым, таким, каким видят его новорожденные. В 1890-х похожий опыт провел американский психолог Джордж Страттон. Он обнаружил, что если в течение нескольких дней смотреть на мир вверх дном, в какой-то момент человеческий мозг способен переучиться и перевернуть картинку обратно. Благодаря подобным аттракционам Хёллер, с одной стороны, выступает популяризатором науки, с другой — наделяет обычных людей инструментами для самоизучения.

Художественный коллектив из Мексики Interspecifics в работах сочетает DIY-подход и интерес к исследованиям звука. Своими находками и наблюдениями Interspecifics охотно делятся с широкой публикой и коллегами в рамках открытых мастер-классов. Их ранние проекты построены на сонификации (перевод незвуковых сигналов в звук) растений и микроорганизмов. По мере накопления знаний художники стали экспериментировать с более сложными технологиями. К примеру, проект PHYCHIP был посвящен созданию музыкальных композиций, драматургия которых привязана к активности слизевика Physarum. В основе инструмента лежала технология компьютерного видения.

В рамках проекта Physarum Chip авторы задались еще более амбициозной целью — сконструировать гибридную компьютерную систему, управление которой полностью осуществлялось бы слизевиком Physarum polycephalum.

Один из залов выставки «Решение» Карстена Хёллера. Галерея Hayward, 2015 ©. ArchDaily

Будущее гражданской науки

Количество добровольцев, желающих внести свой вклад в науку, ежегодно увеличивается. По данным исследовательского центра Pew, в 2019 году каждый десятый американец принимал участие в каком-либо проекте, связанном с гражданской наукой. В США и Шотландии даже Национальные агентства по защите окружающей среды прибегают к помощи ученых-любителей в своей рутине. Из-за вынужденного домашнего заточения во время пандемии COVID-19 внимание к проектам на стыке науки и волонтерства по всему миру только возросло.

В России движение ученых-любителей пока не настолько обширно, как в США. Однако в 2020 году был сделан серьезный шаг в сторону популяризации гражданской науки: 1 октября Ассоциация коммуникаторов в сфере образования и науки (АКСОН) запустила портал «Люди науки», где размещены российские проекты для научных волонтеров.

Объявления регулярно обновляются. К примеру, сейчас там ищут желающих понаблюдать за снегопадами и льдом, рассказать о своей психологической реакции на пандемию коронавируса или принять участие в международном исследовании о генетической грамотности.