Kantor Berita | ILLINOIS

JUARA, Sakit. — Musisi membantu ilmuwan menganalisis data, mengajarkan pelipatan protein, dan membuat penemuan baru melalui suara.

Sebuah tim peneliti di University of Illinois Urbana-Champaign menggunakan sonifikasi – penggunaan suara untuk menyampaikan informasi – untuk menggambarkan proses biokimia dan lebih memahami bagaimana hal itu terjadi.

Profesor musik dan komposer Stephen Andrew Taylor; profesor kimia dan ahli biofisika Martin Gruebele; dan alumni musik dan ilmu komputer Illinois, komposer dan perancang perangkat lunak Carla Scaletti membentuk Grup Sonifikasi Biofisika, yang telah bertemu setiap minggu di Zoom sejak awal pandemi. Kelompok tersebut telah bereksperimen dengan menggunakan sonifikasi dalam penelitian Gruebele tentang mekanisme fisik pelipatan protein, dan pekerjaannya baru-baru ini memungkinkan Gruebele membuat penemuan baru tentang cara protein dapat melipat.

Komposisi musik Taylor telah lama dipengaruhi oleh sains, dan karya-karya terbaru mewakili data ilmiah dan proses biologis. Gruebele juga adalah seorang musisi yang membuat organ pipanya sendiri yang ia mainkan dan gunakan untuk membuat musik. Gagasan untuk bekerja sama dalam sonifikasi menyentuh hati mereka, dan mereka telah berkolaborasi selama beberapa tahun. Melalui perusahaannya, Symbolic Sound Corp., Scaletti mengembangkan perangkat lunak audio digital dan sistem desain suara perangkat keras yang disebut Kyma yang digunakan oleh banyak musisi dan peneliti, termasuk Taylor.

Grafik dari artikel jurnal mengilustrasikan proses protein (rantai bola di bagian atas) melipat, membuka, atau salah melipat saat bergerak. Parameter struktural protein dikodekan ke dalam suara, misalnya, menghasilkan bentuk gelombang suara nada-variabel. Timbre, pan, loudness, dan parameter lainnya dapat disesuaikan berdasarkan input data untuk mewakili aspek atau kualitas protein yang berbeda.

Courtesy Biophysics Sonification Group

Menghapus

Sunting media yang disematkan di Tab File dan masukkan kembali sesuai kebutuhan.

Scaletti membuat visualisasi animasi yang dipasangkan dengan suara yang mengilustrasikan proses pelipatan protein yang disederhanakan, dan Gruebele dan Taylor menggunakannya untuk memperkenalkan konsep kunci proses kepada siswa dan mengukur apakah itu membantu pemahaman mereka. Mereka menemukan bahwa sonifikasi melengkapi dan memperkuat visualisasi dan itu, bahkan bagi para ahli, membantu meningkatkan intuisi tentang bagaimana protein terlipat dan salah lipat dari waktu ke waktu. Grup Sonifikasi Biofisika – yang juga mencakup profesor kimia Taras Pogorelov, mantan mahasiswa pascasarjana kimia (sekarang alumni) Meredith Rickard, komposer dan organis pipa Franz Danksagmüller dari Lübeck Academy of Music di Jerman, dan alumni teknik listrik dan komputer Illinois Kurt Hebel dari Symbolic Suara – dijelaskan menggunakan sonifikasi dalam pengajaran di Journal of Chemical Education.

Gruebele dan tim penelitinya menggunakan superkomputer untuk menjalankan simulasi pelipatan protein menjadi struktur tertentu, sebuah proses yang bergantung pada pola kompleks dari banyak interaksi. Simulasi mengungkapkan beberapa jalur yang diambil protein saat mereka terlipat, dan juga menunjukkan ketika mereka salah melipat atau terjebak dalam bentuk yang salah – sesuatu yang dianggap terkait dengan sejumlah penyakit seperti Alzheimer dan Parkinson.

Para peneliti menggunakan data simulasi untuk mendapatkan wawasan tentang prosesnya. Hampir semua analisis data dilakukan secara visual, kata Gruebele, tetapi sejumlah besar data yang dihasilkan oleh simulasi komputer – mewakili ratusan ribu variabel dan jutaan momen dalam waktu – bisa sangat sulit untuk divisualisasikan.

“Dalam audio digital, semuanya adalah aliran angka, jadi sebenarnya sangat wajar untuk mengambil aliran angka dan mendengarkannya seolah-olah itu rekaman digital,” kata Scaletti. “Anda dapat mendengar hal-hal yang tidak akan Anda lihat jika Anda melihat daftar angka dan Anda juga tidak akan melihat jika Anda melihat animasi. Ada begitu banyak hal yang terjadi sehingga mungkin ada sesuatu yang tersembunyi, tetapi Anda bisa mengeluarkannya dengan suara.”

Misalnya, ketika protein terlipat, ia dikelilingi oleh molekul air yang sangat penting untuk proses tersebut. Gruebele mengatakan dia ingin tahu kapan sebuah molekul air menyentuh dan melarutkan protein, tetapi “ada 50.000 molekul air yang bergerak, dan hanya satu atau dua yang melakukan hal kritis. Tidak mungkin untuk melihat.” Namun, jika suara gemuruh terjadi setiap kali molekul air menyentuh asam amino tertentu, itu akan mudah didengar.

Taylor dan Scaletti menggunakan berbagai teknik pemetaan audio untuk menghubungkan aspek protein dengan parameter suara seperti nada, timbre, kenyaringan, dan posisi pan. Misalnya, karya Taylor menggunakan nada dan instrumen yang berbeda untuk mewakili setiap asam amino yang unik, serta kualitas hidrofobik atau hidrofiliknya.

“Saya telah mencoba untuk menarik tanggapan naluriah kami untuk terdengar sebanyak mungkin,” kata Taylor. “Beethoven berkata, ‘Semakin dalam alirannya, semakin dalam nadanya.’ Kami berharap gajah mengeluarkan suara rendah karena besar, dan kami berharap burung pipit mengeluarkan suara tinggi karena kecil. Jenis pemetaan tertentu dibangun ke dalam diri kita. Sebisa mungkin, kita dapat memanfaatkannya dan itu membantu untuk berkomunikasi dengan lebih efektif.”

Naluri musisi yang sangat berkembang membantu dalam menciptakan alat terbaik untuk menggunakan suara untuk menyampaikan informasi, kata Taylor.

“Ini adalah cara baru untuk menunjukkan bagaimana musik dan suara dapat membantu kita memahami dunia. Musisi memiliki peran penting untuk dimainkan,” katanya. “Ini membantu saya menjadi musisi yang lebih baik, dalam memikirkan suara dengan cara yang berbeda dan berpikir bagaimana suara dapat terhubung ke dunia dengan cara yang berbeda, bahkan dunia yang sangat kecil.”

Leave a Comment