研究人员用古典音乐使蛋白质歌曲更好听

近年来，科学家们创造了基于蛋白质结构的音乐，作为更好地向公众普及科学的创造性方式，但由此产生的歌曲并不总是让人愉悦。在一项新的研究中，研究人员利用现有音乐体裁的风格来指导蛋白质歌曲的结构，使之更具音乐性。

　　

用蛋白质创造独特的旋律是通过使用蛋白质到音乐的算法实现的。这种算法结合了蛋白质的特定元素——比如氨基酸的大小和位置——并将它们映射到各种音乐元素，从而创造出蛋白质结构的听觉“蓝图”。

“现有的蛋白质音乐大多是通过将某些氨基酸模式简单地映射到音调和音符长度等基本音乐特征上而设计出来的，但它们无法很好地映射到更复杂的音乐特征，如节奏和和声。”资深作者、新加坡国立大学药学系教授陈宇宗说。“通过专注于一种音乐风格，我们可以指导更复杂的氨基酸模式组合与各种音乐特征的映射。”

在他们的实验中，研究人员分析了19世纪浪漫主义时期的四首古典音乐作品的音高、长度、八度、和弦、动力和主题。这些作品包括肖邦的《幻想曲-即兴曲》和弗朗茨·舒伯特的《漫游者幻想曲》，它们代表了当时出现的著名的《幻想即兴曲》流派。

“我们选择Fantasy-Impromptu的特定音乐风格，因为它的特点是表达自由，我们觉得这将补充蛋白质如何调节我们的大部分身体功能，包括我们的情绪，”洛克菲勒大学的博士后研究员、合著者张鹏(@zhangpeng1202)说

同样地，研究中选择了一些蛋白质，因为它们与Fantasy-Impromptu风格的关键属性相似。被测试的18种蛋白质中，大多数调节人类情感、认知、感觉或表现等功能，作者称这些功能与该流派的情感和表达有关。

然后，他们绘制了104种蛋白质的结构、物理化学和结合氨基酸属性与6种音乐特征的图谱。“我们根据不同音乐特征的量化值筛选每个氨基酸属性的定量谱，以找到最优的映射配对。例如，我们绘制了氨基酸的大小来标记长度，因此氨基酸的大小越大，对应的音符长度就越短，”陈说。

在所有测试的蛋白质中，研究人员发现蛋白质的音乐性得到了显著改善。特别是，与早期版本的蛋白质-音乐算法相比，使用体谱引导算法时，催产素蛋白质受体(OXTR)的音乐性增长幅度最大。

“催产素受体蛋白质产生了我们最喜欢的歌曲，”张说。“这个蛋白质序列产生了一个可识别的主题，在整首曲子的节奏中不断重复，以及一些独立于我们的算法重复出现的有趣的主题和模式。还有一些悦耳的和声;例如，许多第七和弦会自然分解。”

然而，作者确实注意到，虽然引导算法提高了蛋白质歌曲的整体音乐性，但在它与真正的人类音乐相似之前，仍有很多进展。

“我们相信下一步是探索更多的音乐风格和更复杂的氨基酸属性组合，以增强音乐性和新颖的音乐作品。下一步，也是非常重要的一步，是应用人工智能联合学习复杂的氨基酸属性，以及它们与不同音乐风格特征的组合，从而创造出更具音乐性的蛋白质音乐，”陈说。

国家重点研发计划、国家自然科学基金、新加坡学术基金资助的研究。

Journal Reference:

1. Chen et al. Protein Music of Enhanced Musicality by Music Style Guided Exploration of Diverse Amino Acid Properties. Heliyon, 2021 DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e07933