Как помочь исследователям изучать нашу планету: гайд от Selectel для читателей Хабра

Гражданская наука, или Citizen science, — это концепция, подразумевающая участие в научных исследованиях добровольцев, не имеющих специального образования и подготовки. Волонтеры разных возрастов и профессий могут изучать биоразнообразие, не будучи биологами, или рассматривать клетки мозга, ни дня не обучаясь в медицинском.

Те или иные виды гражданской науки существуют в России не один десяток лет. Некоторые традиции пришли из советского прошлого: например, участие в археологических раскопках или локальных проектах юных натуралистов. Про культуру кранчеров мы уже писали на Хабре, но это лишь маленькая часть Сitizen science.

Самый крупный проект гражданской науки, который можно выделить в нашей стране, — это «Флора России». Некоммерческий интернет-проект запустили в 2019 году сотрудники Гербария МГУ для подготовки атласа флоры России. Более 10,000 человек загрузили порядка 750,143 фотографий (данные на ноябрь 2020 года) дикорастущих сосудистых растений из разных точек страны.

Это неплохие цифры, но, как отмечает руководитель проекта «Люди науки» Альфия Максутова, они не сравнимы со статистикой зарубежных стран: там и проектов гражданской науки больше, и участвуют в них миллионы волонтеров. Так, на одной из самых крупных англоязычных платформ гражданской науки SciStarter размещено около 1,500 проектов.

Как появился проект «Люди науки»

«Несколько лет назад авторы журнала “Кот Шредингера” запустили интернет-портал о науке и жизни — oLogy. На этом сайте я вела рубрику “Участвовать”, где мы рассказывали, как любой человек может поучаствовать в научных исследованиях. Рубрика стала самой читаемой на сайте. Мы почувствовали, что запрос есть», — рассказывает Альфия.

Тогда команда подала заявку в Фонд президентских грантов и получила субсидию на проект по развитию гражданской науки в России. Запуститься сайт «Люди науки» должен был в марте, но из-за пандемии релиз сместился на май.

Зачем нужна гражданская наука

Экономический эффект

Собранные волонтерами данные оцениваются в миллиарды долларов и евро. В первую очередь благодаря помощи добровольцев ученые экономят время, которое также конвертируется в необходимые для поддержания работы лаборатории деньги. Помощь волонтеров ускоряет исследование и практическое применение его результатов.

Качественный эффект

Иногда задачи, которые выполняют волонтеры, просто невозможно решить силами ученых. Даже если все сэкономленные миллионы инвестировать в реализацию проектов. Например, невозможно, нанять 10,000 лаборантов, которые бы ездили по всей России и фотографировали флору России. Добровольцы, разбросанные по всей стране, справятся с этим гораздо лучше.

Социальный эффект

Инициаторы проектов гражданской науки за рубежом на первый план ставят даже не экономический эффект, а социальный. Уменьшение барьера между наукой и обществом — важный результат, который особо ценен. Людям, налогоплательщикам, на отчисления которых, как правило, и существуют многие научно-исследовательские институты, важно понимать, во что они «вкладывают» деньги.

Сложно переоценить образовательный эффект гражданской науки. Добровольцы развивают любознательность, умение работать с информацией — обрабатывать и анализировать ее. А в наше время это очень важные компетенции. Для школьников и для студентов проекты Citizen science также имеют профориентационную ценность.

Open Air Laboratories

Что касается социального эффекта, показателен опыт Британии. Около десяти лет назад власти страны запустили программу гражданской науки Open Air Laboratories, вложив в нее 17 млн фунтов стерлингов. В большинстве своем это были проекты по сбору данных о флоре и фауне, о качестве воды и воздуха. В итоге в программе приняли участие полмиллиона граждан, причем удалось вовлечь даже представителей маргинализированных слоев общества. Тех, кто обычно к науке не имеет никакого отношения.

«Во-первых, люди были вовлечены в этот дискурс. Во-вторых, они приобрели новые навыки. В-третьих, маргинализация снизилась просто потому, что они почувствовали себя частью чего-то важного», — добавляет Альфия Максутова.

Актуальна ли гражданская наука в России

Как отметила руководитель проекта, когда платформа «Люди науки» только готовилась к запуску, команда очень волновалась по поводу ее востребованности. Но сейчас, спустя почти год работы платформы, результаты показывают, что да, людям интересно. Число волонтеров растет, все больше ученых обращаются с просьбой разместить информацию о своем исследовании на сайте. Сейчас на сайте 1300 зарегистрировавшихся пользователей и свыше 20000 посетителей, которые заходят изучить проекты и почитать новости.

«Когда-то мы с шеф-редактором проекта хотели засечь отметку в 1,111 волонтеров, — рассказывает Альфия. — Но мы не успели — цифры слишком быстро менялись. Здорово, что за время существования проекта при отсутствии бюджета на рекламу нам удалось сместить формат работы с учеными: уже не мы предлагаем им разместить свое исследования, а они сами обращаются к нам. В последнее время каждую неделю ученые публикуют на сайте по 1-2 новых проекта, в которых ищут волонтеров или испытуемых».

Сейчас на сайте «Люди науки» представлены десятки проектов в разных областях науки — от биологии до психологии, с разными форматами участия. Некоторые подходят тем, кто хочет принять участие в научном исследовании онлайн, не выходя из дома. Здесь можно заполнить анкету, поделиться опытом. Так, можно поучаствовать в крупном исследовании по изучению психологического воздействия пандемии COVID-19 или исследовании переживания одиночества и привязанности в отношениях.

Примеры проектов на платформе «Люди науки»

Иные требуют больше вовлеченности: нужно выйти из дома, что-то сфотографировать, кратко описать увиденное. Так, сейчас на сайте идет запись на участие в City Nature Challenge 2021, чемпионате мира по документации городского биоразнообразия. В рамках челленджа нужно фотографировать растения, грибы и животных и загружать фото на портал соревнований с помощью приложения или сайта iNaturalist.

Еще один проект — один из крупнейших — стартовал 10 марта и продлится до 10 ноября. Проект «Плоды науки», как отмечает Альфия Максутова, — замечательный пример коллаборации Ассоциации коммуникаторов в сфере образования и науки (АКСОН), Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова, Русского географического общества и Российского движения школьников. Проект, привлекающий школьников к знакомству с биоразнообразием страны, запустился без привлечения дополнительного финансирования. Но социальный и экономический эффекты от него ожидаются огромные.

Не только сбор данных

Все проекты гражданской науки можно условно поделить на те, что подразумевают сбор данных, и те, что нацелены на обработку (разметку) данных.

С первой категорией мы уже познакомились. Эту цель преследуют все проекты, размещенные на сайте «Люди науки». В этой парадигме работает и проект iNaturalist, который представляет собой огромную базу биоразнообразия, без которой уже ни один ученый-биолог не мыслит свою работу.

Но что с обработкой данных? Здесь показателен пример проекта Galaxy Zoo, запущенного в 2007 году. Ученые-астрономы нескольких университетов объединились в общем исследовании по классификации галактик, число которых превышает 60 млн. Полученных изображений галактик, которые планировалось классифицировать, и того больше — 125 млн.

Нейросети тогда, да и сейчас, без подобающей разметки данных с этим бы не справились. А самим ученым пришлось бы отдать лет 30 своей жизни на эту задачу. Поэтому они решили привлечь к этому волонтеров, предложив им не классифицировать галактики в прямом смысле, а изучать картинки и отвечать на простые вопросы о форме объектов. Сложную научную задачу они конвертировали в простую последовательность действий. И это сработало.

Источник

«Со всем объемом работы волонтеры справились в первые годы существования проекта. Это был феноменальный успех: по итогам вышло 66 научных публикаций в авторитетных журналах. Полученная классификация галактик до сих пор считается самой точной и полной», — рассказывает Альфия.

Проект Galaxy Zoo получил грант от Google на $1,7 млн, и идеологи решили превратить его в большой агрегатор подобных исследований, требующих обработки и анализа больших данных, — Zooniverse. При этом изображения, или «объекты исследования», могут быть самыми разными: архивные рукописи, космические снимки, микрофотографии клеток мозга и т.д.

Новый проект Experion

В России тоже немало исследований, в которых нужно заниматься обработкой и разметкой данных. Но платформы для этой работы нет.

«Мы внимательно изучили сайт Zooniverse и решили, что можем создать ее аналог в России. Так появилась концепция сайта Experion. Этот проект — уже не просто маркетплейс, как “Люди науки”. Experion подразумевает работу с изображениями, возможность их размечать и давать комментарии в соответствии с «путем волонтера», или инструкцией. Поэтому для этого проекта нам нужны вычислительные мощности, которые нам безвозмездно выделил Selectel. Experion создает с нуля «Лаборатория умных решений» – небольшая компания российских разработчиков. Платформа будет написана на Go, Python и JavaScript», — отмечает куратор проекта.

При продумывании логики сайта, релиз которого намечен на ближайшее время, команда проекта собирала фидбэк и от волонтеров, и от ученых: какой функционал им нужен, в каком формате загружать данные и т.д. Необходимо учесть множество нюансов. И самая сложная задача — максимально упростить работу с платформой и для ученого, и для волонтера. Это важно, потому что сложность алгоритма оценки данных порождает разночтения и сомнения у добровольцев. А это повлияет на качество разметки.

Сейчас около 10 проектов российских научно-исследовательских институтов хотят разместиться на платформе. Расскажем о тех, что появятся на сайте в первую очередь.

Исследование внутренних волн

Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН

Внутренние волны в морях и океанах — это довольно сложное физическое явление, которое еще недостаточно изучено. Эти волны удивительны, но опасны: долгое время такая волна может быть не видна на радарах, а потом вырасти огромной стеной на пути судна. Такие волны могут быть причиной кораблекрушений и гибели людей. Проект гражданской науки нацелен на изучение снимков из космоса и отметку на них внутренних волн. Снимки становятся просто картинками, а волны — объектами определенного вида, которые нужно отметить на изображении.

«На снимках, которые мы подготовили, волонтерам нужно будет искать внутренние волны среди всевозможных струй от течений, вихрей, взаимодействия водных масс в полях концентрации хлорофилла. Это настоящая детективная задача, потому что иногда за внутренние волны можно принять артефакты изображений, который выглядят очень похоже. Но мы надеемся, что волонтеры быстро разберутся, что к чему», — делится Надежда Липинская, старший инженер Лаборатории спутниковой океанологии и лазерного зондирования Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН.

Исследование пылевых бурь

Дальневосточное отделение РАН

По той же логике будут исследовать и данные появления и передвижения пылевых бурь. Волонтерам будут предлагать картинки — космические снимки, где нужно будет отметить область распространения пылевой бури. Как и в предыдущем случае, последовательность действий и описание выбора будут максимально упрощены.

Песчаные бури. Источник: Wikipedia

«В этой задаче не все покажется волонтерам очевидным, но мы постарались максимально упростить последовательность действий и описание выбора», — уточняет Павел Салюк, заведующий лабораторией спутниковой океанологии и лазерного зондирования Тихоокеанского океанологического института им. В.И. Ильичева ДВО РАН.

Исследование загрязнений рек из-за золотодобычи

Институт биологических проблем Севера ДВО РАН

Оно посвящено большой экологической и биологической проблеме — загрязнению рек из-за золотодобычи. В Сибири, Амурской и Магаданской областях, этих участков огромное количество, и отследить загрязнение очень сложно. Но если на космическом снимке поставить определенный фильтр, то можно заметить зоны изменения цвета воды в реке.

«Волонтерам проекта нужно будет исследовать эти переходы цвета на снимках и отмечать их. В базе данных проекта собраны снимки за несколько лет. Благодаря помощи волонтеров мы сможем получить ценную информацию о состоянии водоемов и провести ретроспективный анализ загрязнений», — говорит Александр Кондратьев, заместитель директора по научной работе, Институт биологических проблем Севера ДВО РАН.

Верификация данных

Верификация результатов работы волонтеров— боль и страх ученых по всему миру. Особенно если речь идет о гражданской науке и потенциальном влиянии неспециалистов на результаты исследования.

Как рассказала Альфия Максутова, Experion будет использовать методы, входящие в «золотой стандарт» верификации данных. Один из них довольно очевидный — статистический метод проверки точности данных. Он подразумевает автоматический анализ результатов 5-10 волонтеров в зависимости от сложности поставленной задачи. Если в ответах есть статистическое расхождение, система помечает, что здесь нужна дополнительная проверка ученого. Если правильные ответы сойдутся, значит, все работает корректно.

Второй способ нацелен против саботирования результатов исследования. К сожалению, бывают случаи, когда люди из личных побуждений приходят и начинают портить данные. Знают правильный ответ, но начинают отмечать заведомо ложные области. Это сильно портит статистику, поэтому в логику опросов будут включены вопросы, на которые будут заранее известны верные ответы. Если волонтер систематически дает неправильные ответы на эти вопросы, то результаты этого пользователя будут исключены из выборки.

«Сейчас — отличное время для развития проектов гражданской науки. У каждого второго есть смартфон с хорошей камерой. Собирать данные — фотографии, аудио, видео — можно в отличном качестве, а геометки проставляются в автоматическом режиме. Кроме того, людям нравится запечатлевать мир вокруг себя. И если мы делаем это для соцсетей, то почему бы не делать это и во имя науки. Очень хочется, чтобы культура участия в проектах гражданской науки увлекла как можно больше людей в России. Ведь это редкое общественное явление, где выигрывают все: волонтеры, ученые, государство», — заключает Альфия.

Релиз проекта Experion намечен на 20 апреля.