蛋白質(zhì)音樂，科學(xué)家使用算法讓蛋白“唱歌”

　　近日，研究人員以肖邦的《幻想即興曲》等古典音樂作品為指導(dǎo)，成功地將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為更具音樂性的歌曲。

　　近年來，科學(xué)家們以蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)創(chuàng)作了音樂，以便更好地向公眾普及科學(xué)知識(shí)。但由此產(chǎn)生的歌曲并不總是悅耳的。好消息是，研究人員能利用現(xiàn)有音樂風(fēng)格改變蛋白質(zhì)歌曲，使其更具音樂性。

　　近日，研究人員以肖邦的《幻想即興曲》等古典音樂作品為指導(dǎo)，成功地將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為更具音樂性的歌曲。9月29日，相關(guān)論文發(fā)表在細(xì)胞出版社（Cell Press）旗下期刊Heliyon。

　　科學(xué)家已經(jīng)使用相關(guān)算法讓蛋白“唱歌”。這種算法能分析蛋白質(zhì)的特定元素——比如氨基酸的大小和位置，并將它們映射到各種音樂元素上，從而創(chuàng)造出蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的“歌聲”。

　　“現(xiàn)有的蛋白質(zhì)音樂大多是將某些氨基酸模式簡(jiǎn)單地映射到音調(diào)和音符等基本音樂特征上設(shè)計(jì)出來的，無法很好地映射到節(jié)奏和和聲等更復(fù)雜的音樂特征上�！闭撐耐ㄓ嵶髡摺⑿录悠聡�(guó)立大學(xué)藥學(xué)系教授陳宇宗（音譯）說，“通過聚焦一種音樂風(fēng)格，我們可以指導(dǎo)氨基酸模式與各種音樂特征的更復(fù)雜映射。”

　　在相關(guān)實(shí)驗(yàn)中，研究人員分析了19世紀(jì)中期的4首古典音樂作品的音高、長(zhǎng)度、八度、和弦、力度和主題。這些作品包括《幻想即興曲》和舒伯特的《流浪者幻想曲》等，代表了當(dāng)時(shí)著名的“幻想即興曲流派”。

　　“我們選擇‘幻想即興曲流派’的音樂風(fēng)格，是因?yàn)樗�的特點(diǎn)是表達(dá)自由，我們覺得這能體現(xiàn)蛋白質(zhì)對(duì)情緒等人體功能的調(diào)節(jié)�！泵绹�(guó)洛克菲勒大學(xué)博士后研究員、論文合著者張鵬（音譯）說。

　　同樣，研究人員也選擇了一些與“幻想即興曲流派”特質(zhì)相似的蛋白質(zhì)。在被測(cè)試的18種蛋白質(zhì)中，大多數(shù)參與了調(diào)節(jié)人類情感、認(rèn)知、感覺或表現(xiàn)等功能，研究人員認(rèn)為這些功能與“幻想即興曲流派”的情感和表達(dá)有關(guān)。

　　之后，他們將104種蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性和結(jié)合氨基酸屬性，與6種音樂特征相結(jié)合。“我們根據(jù)不同音樂特征的量化值篩選每個(gè)氨基酸屬性的定量譜，以找到最優(yōu)的映射配對(duì)。例如，我們用氨基酸大小來標(biāo)記音符長(zhǎng)度，氨基酸越大，對(duì)應(yīng)的音符長(zhǎng)度就越短。”陳宇宗說。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，這種方法能顯著改善蛋白質(zhì)歌曲的音樂性。特別是，與早期版本的算法相比，新算法對(duì)催產(chǎn)素蛋白質(zhì)受體（OXTR）的音樂性提高幅度最大。

　　“OXTR‘演奏了’我們最喜歡的歌曲�！睆堸i說，“這個(gè)蛋白質(zhì)序列產(chǎn)生了一個(gè)可識(shí)別的主題，在整首曲子的節(jié)奏中不斷重復(fù)，以及一些獨(dú)立并重復(fù)出現(xiàn)的有趣主題和模式，還有一些悅耳的和聲�！�

　　然而，作者注意到，雖然該引導(dǎo)算法提高了蛋白質(zhì)歌曲的整體音樂性，但在與真正的音樂藝術(shù)相似之前，仍需更多研究。

　　“我們將探索更多的音樂風(fēng)格和更復(fù)雜的氨基酸屬性組合，以增強(qiáng)作品的音樂性和新穎性。下一步，也是非常重要的一步，我們計(jì)劃利用人工智能學(xué)習(xí)復(fù)雜的氨基酸屬性及其與不同音樂風(fēng)格的結(jié)合，創(chuàng)造出蛋白質(zhì)音樂藝術(shù)品�！标愑钭谡f。

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