Khoa học tự nhiên

Âm nhạc cổ điển có thể khiến protein “hát” (06/10/2021)

Trong những năm gần đây, các nhà khoa học đã tạo ra âm nhạc trên cơ sở cấu trúc của các protein như một cách làm sáng tạo để phổ biến khoa học rộng rãi hơn tới công chúng. Tuy nhiên những bản nhạc thu được không phải lúc nào cũng dễ nghe.

Trong một nghiên cứu trên tạp chí Heliyon, các nhà nghiên cứu sử dụng phong cách của nhiều thể loại âm nhạc hiện hành để hướng dẫn cấu trúc của protein ‘hát’ theo cách êm tai hơn 1. Sử dụng phong cách tác phẩm Fantaisie-Impromptu của Frédéric Chopin và những tác phẩm cổ điển khác làm người hướng dẫn, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc chuyển hóa các protein thành các “tác phẩm” đậm chất âm nhạc.

Sáng tạo một cách thành công các giai điệu độc đáo từ các protein là nhờ sử dung một thuật toán chuyển protein-thành-âm nhạc. Thuật toán này kết hợp các yếu tố cụ thể của các protein – như kích thước và vị trí của các amino acid – và sắp xếp chúng thành vô số các ‘nguyên liệu’ âm nhạc để có thể tạo ra một thiết kế âm thanh của cấu trúc các protein.

“Âm nhạc của protein là do sự sắp xếp đơn giản của các mẫu hình amino acid nhất định thành các yếu tố âm nhạc cơ bản như các cao độ, trường độ của nốt nhạc nhưng chúng không thể sắp xếp tốt những mẫu hình âm nhạc phức tạp hơn như giai điệu và hòa âm”, Yu Zong Chen, giáo sư Khoa Dược tại đại học quốc gia Singapore và là tác giả chính của công bố, nói. “Bằng việc tập trung vào một phong cách âm nhạc, chúng tôi có thể hướng dẫn nhiều sắp xếp phức tạp hơn từ sự kết hợp của các mẫu hình amino acid với vô số đặc điểm âm nhạc” .

Với thực nghiệm của mình, các nhà nghiên cứu đã phân tích cao độ, trường độ, quãng, hợp âm, cường độ âm nhạc và các chủ đề chính của bốn tác phẩm âm nhạc cổ điển thời kỳ Lãng mạn. Những tác phẩm này, bao gồm Fantasie-Impromptu của nhà soạn nhạc Chopin và Wanderer Fantasy của nhà soạn nhạc Franz Schubert, đã được lựa chọn để tái hiện thể loại Fantasy-Impromptu.

“Chúng tôi chọn thể loại âm nhạc cụ thể là một Fantasy-Impromptu vì đó là thể loại âm nhạc thể hiện tinh thần tự do, vốn khiến chúng tôi cảm thấy có thể làm hoàn thiện cách các protein điều khiển nhiều chức năng cơ thể của chúng ta, bao gồm cả tâm trạng của chúng ta nữa”, đồng tác giả Peng Zhang, một postdoc tại trường đại học Rockefeller.

Cũng như vậy, phần lớn các protein trong nghiên cứu này đã được chọn bởi những tương đồng của chúng với những đóng góp chính của phong cách thể loại Fantasy-Impromptu. Phần lớn trong số 18 protein được thử nghiệm đã vận hành theo các chức năng, bao gồm biểu cảm của con người, nhận thức, cảm giác hoặc biểu hiện, vốn được các nhà nghiên cứu cho rằng nó có những kết nối với các biểu cảm và biểu hiện của thể loại âm nhạc này.

Sau đó, họ sắp xếp và kết hợp 104 amino acid của các protein này theo đặc điểm cấu trúc, lý hóa theo sáu dạng “nguyên liệu” âm nhạc (cao độ, trường độ, quãng, hợp âm, cường độ âm nhạc và chủ đề). “Chúng tôi sàng lọc mẫu hình định lượng của mỗi đặc điểm amino acid dựa vào các giá trị số hóa của mỗi thành tố âm nhạc khác nhau để tìm ra các cặp được sắp xếp một cách tối ưu, ví dụ chúng tôi sắp xếp kích thước của amino acid theo các trường độ nốt, vì vậy có kích thước của một amino acid lớn hơn phản hồi một trường độ ngắn hơn”, Chen nói.

Trong số tất cả các protein được đưa vào thử nghiệm theo cách này, các nhà nghiên cứu đã thấy tính nhạc của các protein đã được cải thiện một cách đáng kể. Cụ thể, thụ thể oxytocin protein (OXTR) là một trong những ‘nhân vật’ được gia tăng tính nhạc bậc nhất khi sử dụng thuật toán hướng dẫn thể loại âm nhạc, so với phiên bản trước của thuật toán chuyển đổi protein thành âm nhạc.

“Protein thụ thể oxytocin đã tạo ra những tác phẩm thú vị nhất của chúng tôi”, Zhang nói. “Chuỗi protein này tạo ra một chủ đề chính có thể nhận diện được bằng cách lặp lại giai điệu trong toàn bộ tác phẩm cũng như một số motif và các mẫu hình âm nhạc thú vị. Nó cũng có tiến trình hòa âm êm dịu hơn, ví dụ tạo ra nhiều hợp âm bảy một cách tự nhiên”.

Dù thuật toán hướng dẫn làm tăng thêm tính nhạc trong các tác phẩm của protein, nhưng vẫn cần phải cải thiện nhiều hơn nữa trước khi đạt đến độ tương tự như âm nhạc do con người tạo ra.

“Chúng tôi tin rằng một bước phát triển tiếp theo nữa là khám phá nhiều hơn các phong cách âm nhạc và có những kết hợp các đặc tính của amino acid phức tạp hơn để tăng cường tính nhạc và tạo ra những tác phẩm âm nhạc mới. Bước tiếp theo vô cùng quan trọng là ứng dụng AI để kết hợp học hỏi các đặc tính amino acid phức tạc và các kết hợp của chúng với những đặc điểm của vô số phong cách nhạc để tạo ra âm nhạc của protein mang nhiều tính nhạc hơn”, Chen nói.

Nguồn: Tô Vân/tiasang.com.vn

Ngày cập nhật: 03/10/2021

https://tiasang.com.vn/-doi-moi-sang-tao/Am-nhac-co-dien-co-the-khien-protein-%E2%80%98hat%E2%80%9D--28525