All in the game: VIB-UGent onderzoekers schakelen virtuele ruimteverkenners in om ziektediagnostiek te verbeteren

Door gebruik te maken van de kracht van duizenden gamers wil het team van prof. Lennart Martens (VIB-UGent Centrum voor Medische Biotechnologie), samen met collega's van het Dhaenens lab aan de Faculteit Farmaceutische Wetenschappen van de Universiteit Gent, de analyse van massaspectrometriegegevens drastisch verbeteren. Dit kan op zijn beurt de diagnostiek van ziekten bevorderen.

15 augustus 2022

Geïntegreerde burgerwetenschap

De meeste burgerwetenschappelijke projecten staan op zichzelf. Het is dan ook vaak een uitdaging om voldoende deelnemers te vinden. Maar wat als we een reeds gevestigd groot publiek zouden kunnen aanboren? Bijvoorbeeld gamers van een zeer populaire massaal multiplayer online role-playing game (MMORPG)?

Dat is het idee achter de samenwerking tussen het team van prof. Lennart Martens (VIB-UGent Centrum voor Medische Biotechnologie) en NetEase, de ontwikkelaars van EVE Echoes, een mobiel ruimteverkenningsspel met miljoenen spelers over de hele wereld - een aantal dat heel moeilijk te bereiken is voor 'traditionele' burgerwetenschapsprojecten. Het is de eerste keer dat wetenschappelijk onderzoek op deze schaal wordt geïntegreerd in een mobiele game.

Toon Callens en Tine Claeys in het Martens lab werkten het algemene concept uit om real-life data en grafieken gegenereerd door Dr. Maarten Dhaenens en Dr. Sander Willems (Dhaenens lab, UGent) in het spel te integreren. Daarna zorgde een programmeerinspanning van Toon Callens, Natalia Tichshenko en MMOS, een bedrijf gespecialiseerd in het verbinden van wetenschappelijk onderzoek met videogames, ervoor dat de wetenschappelijke gegevens naadloos konden worden geïntegreerd in EVE Echoes.

Maarten Dhaenens: "Ik kijk zelf al meer dan vijftien jaar naar massaspectrometriegegevens, maar nu zal ik me nooit meer alleen voelen."

Toon Callens: "Het was nodig om een tool te bouwen die de miljoenen datapunten automatisch verdeelt in speelbare games zonder hun wetenschappelijke relevantie te verliezen. En aangezien ik zelf graag games speel, combineert deze onderneming mijn passie voor wetenschappelijk onderzoek en gaming perfect."

Connect the dots

Het idee is om de spelers een puzzel te presenteren. Deze puzzel is echter gebaseerd op echte massaspectrometriegegevens. Massaspectrometrie is een technologie waarmee onderzoekers de moleculen in een monster kunnen scheiden en identificeren op basis van hoe zwaar ze zijn. Uiteindelijk krijgen de wetenschappers een grafiek met verschillende pieken voor elk moment dat een molecuul de detector bereikt. Combinaties van deze pieken vertellen ons welke moleculen zich in het monster bevinden en hoeveel er van elke molecule te vinden zijn.

Een belangrijke toepassing van deze analytische techniek is het bestuderen van verschillen in eiwitexpressie tussen gezonde vrijwilligers en patiënten, bijvoorbeeld om onze diagnose tools te verbeteren. Maar om dat te doen, moeten miljoenen gemeten ionen worden gematcht tussen tientallen verschillende monsters, een moeilijke taak.

Omdat mensen uitmunten in patroonherkenning, zullen de gamers helpen om verschillende massaspectrometriegrafieken op elkaar af te stemmen door ze te verplaatsen en te roteren. Elke puzzel wordt aan meerdere gamers gegeven zodat, als de meerderheid tot dezelfde oplossing komt, dat de ‘juiste’ oplossing is. Als er voor bepaalde puzzels onvoldoende overeenstemming is tussen verschillende spelers, worden deze gegevens verder geanalyseerd. Het Martens team zal de gamersoplossing vervolgens vergelijken met de huidige beste machine learning-modellen die hetzelfde doen en de gamersgegevens gebruiken om nog betere modellen te trainen.

Lennart Martens: "Hoewel machine learning, onze expertise, een fascinerende techniekl is om een computer te leren hoe hij zeer complexe taken kan automatiseren, is een belangrijk ingrediënt voldoende trainingsgegevens. Zonder dergelijke trainingsgegevens is een machine learning-algoritme in wezen nutteloos. Dat is waar dit opwindende nieuwe project een mouw een wil passen: het zal een unieke en super interessante trainingsdataset opleveren waar wij, en bij uitbreiding onze hele gemeenschap, de komende jaren uitstekend gebruik van zullen kunnen maken."

The final frontier?

Dit kan ook het algemene begrip van massaspectrometriegegevens vergroten, omdat er naast het interessante signaal veel ruis wordt geproduceerd tijdens metingen. Het interactieve karakter van MMORPG's en de bekende betrokkenheid van gaminggemeenschappen geven de onderzoekers ook volop mogelijkheden om over hun werk te communiceren en interesse te wekken voor STEM in het algemeen en life sciences-onderzoek in het bijzonder. De onderzoekers gaan hieraan werken door middel van educatief materiaal, puzzeluitdagingen, behind-the-scenes video's, enzovoort.

Lennart Martens: "Dit is slechts een eerste stap in een voortdurende inspanning om twee belangrijke, onderling verenigbare doelen te bereiken: het creëren van nieuwe tools die ons helpen onze data op nieuwe en opwindende manieren te zien, en om een zo groot mogelijk publiek te bereiken voor wetenschapsonderwijs en actieve deelname. Het wordt hoog tijd dat we onze wetenschap uit de ivoren toren halen en op je smartphone zetten! Game on!"