蛋白質音樂，科學家使用算法讓蛋白“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，成功地將蛋白質轉化為更具音樂性的歌曲。

　　近年來，科學家們以蛋白質結構為基礎創作了音樂，以便更好地向公眾普及科學知識。但由此產生的歌曲并不總是悅耳的。好消息是，研究人員能利用現有音樂風格改變蛋白質歌曲，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，成功地將蛋白質轉化為更具音樂性的歌曲。9月29日，相關論文發表在細胞出版社（Cell Press）旗下期刊Heliyon。

　　科學家已經使用相關算法讓蛋白“唱歌”。這種算法能分析蛋白質的特定元素——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，從而創造出蛋白質結構的“歌聲”。

　　“現有的蛋白質音樂大多是將某些氨基酸模式簡單地映射到音調和音符等基本音樂特征上設計出來的，無法很好地映射到節奏和和聲等更復雜的音樂特征上。”論文通訊作者、新加坡國立大學藥學系教授陳宇宗（音譯）說，“通過聚焦一種音樂風格，我們可以指導氨基酸模式與各種音樂特征的更復雜映射。”

　　在相關實驗中，研究人員分析了19世紀中期的4首古典音樂作品的音高、長度、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，代表了當時著名的“幻想即興曲流派”。

　　“我們選擇‘幻想即興曲流派’的音樂風格，是因為它的特點是表達自由，我們覺得這能體現蛋白質對情緒等人體功能的調節。”美國洛克菲勒大學博士后研究員、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”特質相似的蛋白質。在被測試的18種蛋白質中，大多數參與了調節人類情感、認知、感覺或表現等功能，研究人員認為這些功能與“幻想即興曲流派”的情感和表達有關。

　　之后，他們將104種蛋白質的結構、物理化學性和結合氨基酸屬性，與6種音樂特征相結合。“我們根據不同音樂特征的量化值篩選每個氨基酸屬性的定量譜，以找到最優的映射配對。例如，我們用氨基酸大小來標記音符長度，氨基酸越大，對應的音符長度就越短。”陳宇宗說。

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

　　“OXTR‘演奏了’我們最喜歡的歌曲。”張鵬說，“這個蛋白質序列產生了一個可識別的主題，在整首曲子的節奏中不斷重復，以及一些獨立并重復出現的有趣主題和模式，還有一些悅耳的和聲。”

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

　　“我們將探索更多的音樂風格和更復雜的氨基酸屬性組合，以增強作品的音樂性和新穎性。下一步，也是非常重要的一步，我們計劃利用人工智能學習復雜的氨基酸屬性及其與不同音樂風格的結合，創造出蛋白質音樂藝術品。”陳宇宗說。

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