Gamers ska ge covid-19 game over

Rymdskeppet närmar sig asteroidbältet. En blå laserstråle från nosen borrar sig in i en av asteroiderna och bryter loss malm. Medan lasern jobbar passar piloten Mu’ad Diib på att klicka på en skärm på kommandobryggan. Han drar några streck för att ringa in kluster av färgglada prickar och trycker på ”SKICKA”.

– Så där! Nu har jag hjälpt till att analysera forskningsdata om covid-19, säger han.

I verkligheten heter piloten Michael Preston. Han är 55 år, bor i östra London och jobbar som grafisk designer och pressfotograf. Både skeppet och hans alter ego ryms inuti datorspelet EVE Online. Där kan spelare från hela världen interagera med varandra och prova lyckan som astronauter i gruppen av stjärnsystem kallad New Eden.

Det Michael Preston öppnat på kommandobryggan är ett spel inuti det vanliga spelet – ett ”minispel” som heter Project Discovery. I minispelet kan han och de andra 300 000 EVE Online-piloterna analysera bilder på celler och därmed bidra till förståelsen av hur immunförsvaret reagerar på covid-19 – data som potentiellt kan rädda liv. Spelarna som deltar kan samla ihop belöningar, bland annat några av spelets mest exklusiva rymdskepp.

– Gruvarbete är långsamt men meditativt och låter mig samtidigt fokusera på annat – till exempel Project Discovery, berättar han.

Prickarna som Michael Preston ringar in är celler, antingen från patienter med covid-19 eller från friska kontrollpersoner. Varje bild är ett diagram där cellklustrens placering talar om hur mycket de uttrycker vissa protein, vilket ger värdefull information om vad cellerna har för sig. Forskarna kan exempelvis mäta protein som indikerar om immunceller delar sig febrilt eller vilar.

Bilderna i spelet kommer från blodprov som har analyserats i en flödescytometer (se nedan). Flödescytometri används vid diagnostisering och grundforskning kring olika sjukdomar. Vid covid-19 handlar det bland annat om att förstå varför en del råkar ut för att immunförsvaret överreagerar, och orsakar livshotande cytokinstormar. Forskare vill också kartlägga varför vissa patienter dras med symtom som trötthet och andfåddhet under lång tid efter tillfrisknandet. Flödescytometri används även för att testa nya vaccin.

Studien lanserades i juni år 2020, och knappt sex månader senare hade över 240 000 spelare analyserat omkring 80 miljoner bilder. I ett labb skulle en enskild forskare ha tittat på mellan 10 till 40 bilder per prov, vilket skulle ha tagit upp till en timme eller mer. Då har forskaren dessutom avgränsat urvalet till de viktigaste bilderna. Spelarna får däremot se ett större urval av bilder, med en förhoppning om att göra fynd som annars hade gått oupptäckta.

Spelarna kan analysera bilderna efter bara en kort introduktion. En artificiell intelligens skulle däremot först behöva träna på enorma dataset med bilder där människor redan tagit fram rätt svar.

Att flödescytometri kräver mycket manuellt arbete är i dag en stor flaskhals, och att forskare ”drunknar i data” är ett växande problem, även inom andra forskningsområden. Studien om covid-19 är ett av de senaste exemplen på när forskare tagit datorspelares antal och engagemang till hjälp. Resultaten från studien ska hamna i en databas och göras tillgängliga för forskare världen över.

Studien om covid-19 är den tredje forskningsstudien som använder Project Discovery inom EVE Online för att få hjälp med dataanalys. Den första lanserades redan år 2016, under ledning av den svenska forskaren Emma Lundberg, professor i cellbiologisk proteomik vid KTH. Då analyserade spelarna bilder av protein för att göra den så kallade Proteinatlasen mer detaljerad. Proteinatlasen är ett uppslagsverk över alla människokroppens proteiner, lanserad av svenska forskare år 2003.

– Vår hypotes var att Project Discoverys redan etablerade spelarbas skulle accelerera forskningsprocessen. Vi hade kunnat börja harva från noll med ett eget spel och sagt ”Kom och hjälp oss på KTH att kartlägga proteiner!”, men det hade tagit mycket längre tid. Att göra ett bra spel kräver dessutom resurser och kunskap som vi forskare saknar, säger Emma Lundberg.

Projektet var ett samarbete mellan forskarna, spelets utvecklare CCP Games och Massively Multiplayer Online Science, MMOS – en schweizisk start-up som först kom med idén till Project Discovery. De utvecklade även plattformen som lät forskningsdata injiceras i spelet och fungerade som en länk mellan forskarna och spelutvecklarna.

Det bör nämnas att många renodlade forskningsspel har varit mycket framgångsrika – till exempel Foldit, där spelare viker proteiner. Men sådana spel tenderar att ha en hög inlärningskurva, och främst spelas av personer som är intresserade av vetenskap – inte bara för att spelet är kul.

För rena nöjesspel är publiken betydligt större. År 2019 uppskattades 2,5 miljarder människor spela spel regelbundet, enligt analysföretaget Newzoo. Dit räknas de som spelar på hemdatorer, konsoler eller på mobilen. Samma år omsatte spelbranschen omkring 145 miljarder dollar, jämfört med filmindustrins 101 miljarder.

Studien om Proteinatlasen pågick under ett år och engagerade totalt omkring 300 000 spelare, varav 60 000 bidrog med 23,7 miljoner klassificeringar av hög kvalitet. Resultaten publicerades i tidskriften Nature Biotechnology år 2018, och visade att spelarna bidragit med helt nya beskrivningar av ett tiotal proteiner. Forskarna utvecklade även en överlägsen, proteinanalyserande algoritm genom att använda spelarnas bidrag som ”träningsdata” för artificiell intelligens.

Projektet bräckte andra mer renodlade forskningsspel i engagemang – det vill säga antalet deltagare dividerat med den tid som projektet pågick.

– Vi slår dem by-far. Våra resultat har en enorm kraft och bevisar att metoden med en redan etablerad spelarbas kan snabba på processen. Vi utnyttjar pauserna i spelet då man bara sitter och väntar, säger Emma Lundberg.

Vid asteroidbältet inne i spelet har Michael Preston hunnit bryta sin malm som han tänker sälja eller omvandla till byggmaterial. Nästa stopp för hans farkost är en plats några stjärnsystem bort, späckad med dyrbara, vita asteroider stora som isberg.

Han säger att han aldrig spelat några renodlade forskningsspel. Det han gillar med Project Discovery är att han kan ägna sig åt det inne i EVE Online när han ändå sitter och spelar.

– Varför inte samtidigt ägna tiden åt att hjälpa forskare? Vanligtvis blir det några timmar åt gången, tre till fyra dagar i veckan. Men jag försöker att inte låta spelet dominera mitt liv för då skulle min sambo ha ihjäl mig, säger han.

Forskarna som leder studien om covid-19 är baserade i Italien och Kanada, och hade bara några månader på sig att bygga och lansera projektet efter att pandemin slagit till. En av dem är Ryan Brinkman, professor i medicinsk genetik vid University of British Columbia i Vancouver, Kanada. Hans team jobbar med att stoppa in data i spelet och ta emot det  som spelarna skickar i retur.

– Spelarna tuggar sig igenom bilderna lika snabbt som vi kör in dem. Det är konstant en fråga om att ”mata odjuret” med tillräckligt mycket data, säger han.

Utöver att samlas i den stora öppna databasen, ska spelarnas bidrag bli träningsunderlag för artificiell intelligens, precis som i den tidigare studien om Proteinatlasen.

– Det finns många algoritmer där man försökt automatisera analysprocessen inom flödescytometri, och i dag presterar de ”helt okej”, skulle jag säga. Vi tror att AI och maskininlärning är en mycket lovande väg att gå, men för att nå längre krävs mängder av träningsdata, säger Ryan Brinkman.

Det som gör analysen klurig att automatisera är att den delvis är subjektiv.

– Spelarna ritar streck kring kluster av celler, och egentligen finns ingenting som definierar exakt var de rätta kanterna finns. Till och med i min forskargrupp som sysslat med detta i 15 år är vi inte alltid ense om avgränsningen ned till minsta lilla prick. Men genom att kombinera svaren för samma bild från 50 olika spelare kan vi komma närmre ”sanningen” än vad en enskild person klarar av.

En sådan algoritm skulle även komma till nytta inom andra områden som förlitar sig på flödescytometri, till exempel forskning om cancer och HIV. Inte minst skulle det vara till hjälp vid nästa pandemi.

Att bedöma hur cellerna ska ringas in är klurigt, tycker Michael Preston.

– Innan man kommer igång måste man klara av några träningssteg med ett visst antal rätt, och i början fick jag inte till det. Jag gav upp och spelade inte på ett tag, men provade sedan igen och lyckades till slut knäcka det. Minispelet om covid-19 är helt klart svårare än versionen där forskare ville ha hjälp att leta efter riktiga planeter, säger han.

För att få ut bästa möjliga resultat behöver forskarna vara närvarande under studiens gång, följa hur det går för spelarna och vid behov finjustera maskineriet, säger Ryan Brinkman.

– Vi kan se att spelarna presterar jättebra när cellklustren är relativt lätta att identifiera. Men vi kan även se vilka bilder som ställer till problem för dem och vi ska snart lansera några uppdaterade träningsmoduler för att hjälpa spelarna. Nu i början av 2021 ska vi även uppdatera studien till ”version 2.0”, bland annat med ett nytt sätt att visualisera de data som vi tror kommer att göra spelarnas analyser ännu mer exakta, säger han.

Om det finns brister i det spelarna levererar är ett stort engagemang och miljontals klassificeringar en klen tröst. I covid-studiens föregångare analyserade spelarna ljusdata som Corot-teleskopet samlat in från 170 000 stjärnor i jakten på nya planeter. Det var gott om klassificeringar där spelare gjort samma bedömning, men många av dem var i själva verket artefakter från teleskopets mätinstrument – ett slags falsklarm som erfarna forskare skulle ha upptäckt direkt. Det gjorde analyserna krångligare och mer tidskrävande än väntat. Studien gav intressanta resultat ändå (bland annat två potentiella nya planeter), men resulterade i sämre datakvalitet och onödigt merjobb jämfört med om spelarna hade fått bättre träning i början, menar forskarna som höll i studien vid Université de Genève, Schweiz.

Forskningsstudien om covid-19 väntas pågå under två till tre år men har i dag inget definitivt slutdatum, säger Ryan Brinkman.

– Vi kommer att fortsätta tills vi är klara, eller spelarna tappar intresset. Men just nu finns ingenting som tyder på att spelarna saktar ned, vilket var oväntat och känns väldigt kul. Trots att spelarna tuggat igenom så mycket data jobbar de fortfarande med vårt första dataset, och inom den närmsta tiden ska ytterligare 15–20 dataset injiceras i spelet.

Vid de isbergsliknande asteroiderna inne i Michael Prestons spel är gruvarbetet slut för kvällen. Han sätter kurs mot handelsnavet, där malmen ska lastas av och lämna plats i lastutrymmet inför morgondagen. Att bara vara ett litet kugghjul i kampen mot covid-19 stör honom inte alls.

– Mitt bidrag till projektet är mikroskopiskt, till och med mindre än mikroskopiskt! Jag kommer heller aldrig att få veta om det just jag bidragit med har varit forskarna till hjälp. Men jag ser det som regndroppar – varje droppe fyller vattentunnan, säger han och funderar en stund på vad som motiverar honom att vilja bidra, på ett djupare plan.

– Jag antar att jag är ganska altruistisk. Som 55-åring tänker jag ofta på min egen dödlighet och vad jag vill fylla resten av livet med. Varje dag försöker jag göra någonting positivt för någon annan, och uppmuntrar andra till osjälviska handlingar. Jag tror att det är bra för själen.

Med flödescytometri används en laser för att analysera små levande beståndsdelar, exempelvis celler från ett vanligt blodprov. Lasern skannar en cell i taget och hinner med uppåt 20 000 celler i sekunden. Metoden har en mängd olika användningsområden, varav ett är grundforskning om sjukdomar och hur de bäst kan behandlas. Man kan säga att flödescytometern låter forskare ställa ”frågor” till en cellpopulation, exempelvis i immunförsvaret: ”Hallå där! Vad gör ni just nu? Delar ni er som galningar? Eller ligger ni vilande?”

För att celler ska synas i flödescytometern behöver de förbehandlas med antikroppar som binder till specifika protein. Antikropparna är färgkodade med varsin unik, fluorescerande molekyl. Färgen smittar av sig på respektive protein, som tänds upp när det träffas av lasern och detekteras i flödescytometerns sensorer.

En stor del av projektet ägnas åt planering, då forskarna omsorgsfullt väljer ut rätt antikroppar för att flödescytometerns analys ska ge svar på deras forskningsfrågor. I exemplet ovan skulle forskarna rikta in sig på protein som skvallrar om vad immuncellerna har för sig. En cell som delar sig febrilt kommer att uttrycka mycket av de protein man letar efter och därför ge starkare signaler till lasern.

De data som sensorerna samlat in kan sedan visualiseras på olika sätt. I Project Discovery används punktdiagram med två axlar, som representerar varsitt protein. Celler uppe i det högra hörnet uttrycker mycket av båda proteinen, medan det motsatta gäller cellerna i det nedre vänstra. De fluorescerande molekylerna påverkar endast var cellen hamnar på grafen – inte färgerna på bilden. Färgskalan är tillagd i efterhand för att göra diagrammet enklare att överblicka och förtydliga var det finns mest celler. Flödescytometri genererar omfattande, komplexa datamängder. Det beror på att forskare ofta tittar på 20 protein eller fler för samma grupp celler, vilket innebär att celler och protein går att analysera i många olika kombinationer. I dag finns en del digitala hjälpmedel för att snabba upp processen, men det krävs fortfarande mycket manuellt arbete. Rådata från ett experiment som tar en månad att genomföra kan ta sex månader att bearbeta.

Källa till hur flödescytometri fungerar: Niklas Björkström, docent i immunologi vid Karolinska institutet. Framöver ska hans forskargrupp även bidra med data till Project Discoverys studie om covid-19.