科学与艺术融合：蛋白质能“作画”亦能“唱歌”

油画、国画等常规的画展很多人都见过，但你听说过蛋白质画展吗？近日，一场特别的巡展在漳州南山书院开展，所有作品都是由蛋白质序列微观结构组合而成，巡展上还演示了如何让蛋白质通过相关算法“唱歌”。

走进巡展，一幅幅作品冲击着观众的视觉。蛋白质微观结构或螺旋上升或折叠对称，以其特有的结构演化成蝴蝶、麋鹿、红唇、镂空手指等画作。如何让蛋白质序列微观结构以“画作”形式呈现，让观展的人很是好奇。闽南师范大学教授张辉作为本次巡展的组织者，为观众讲解了其中的“奥秘”。“这是科学与艺术融合，运用人工智能技术对蛋白质序列内部微观结构的艺术呈现。”张辉介绍，蛋白质序列内部微观结构有其特有的构象、振动频率等，通过AI技术及特定算法，建立生成器模型，形成艺术图像作品，再进行二度创作得到最终的展出作品。人体内有20种不同的氨基酸，细胞将不同特征的氨基酸连接起来，就合成了人体必须的蛋白质。而氨基酸的属性，以及最终形成的蛋白质折叠成的复杂形状，决定了蛋白质分子如何在生物体内起作用。蛋白质本质上是由氨基酸构成的长链，不同折叠赋予了它们独特的形态，而其过程能勾勒出惊艳的画作。

当有人问及蛋白质绘画二度创作的构图理念时，张辉教授答道：突出蛋白质基料本身的形态要素、画面美观且具创意，以及科技与艺术融合的时代性。为了突出蛋白质基料本身的特性，在蛋白质绘画创作过程主要采用了镂空的表现方式，结合三维和平面的构图，以及丰富的色彩语言和隐喻手段去阐释蛋白质绘画的内涵。比如图1《书写人生》和图3《海上花》则利用了蛋白质基料本身的外观形态，采用意象表达和形态同构的象征方式，将基料与文字和花朵结合起来，通过联想与想象，让画面既形象生动，又活泼有趣。以图2《九色鹿》和图6《执子之手》为例，两幅作品分别采用了鹿和手的剪影，用不同的蛋白质基料进行组合填充，用人们熟知的形态加深对蛋白质基料的印象和认知，既能够起到科普效果，又充分利用了蛋白质基料独特的语言表达出与常规画作不同的艺术形式。图4《来自天国的礼物》充分利用了原有蛋白质基料的立体形态，与天体宇宙空间印象结合，利用时空的浩渺与想象中的神话故事，去表达相应的主题。图5《月色如水》营造了一种浪漫的夜色景象，朦胧月光下若隐若现的花草和飞蝶分别用不同的蛋白质基料去表现，展现出一种和谐温馨的氛围。

通过AI及算法既能让蛋白质“作画”，也能让蛋白质“唱歌”。在巡展上你能听到优美的旋律，这就是蛋白质发出的“歌声”。“蛋白质的基本组成元素是20种氨基酸 ，与音乐中的音符不同的是，每个氨基酸的‘音符’是由许多不同的频率叠加而来，与和弦类似。通过蛋白质可听变化过程，将乐段与蛋白质形状、深度及氨基酸成分配对，每种可测量的属性有其对应的音高与节奏。音乐的基本组成单位是七种音阶，二者虽然基本元素数量不同，但可以通过设计映射方法进行基本元素之间的匹配。”张辉介绍，匹配后形成模型生成器，可根据蛋白质微观结构特征、音乐创作的规则、音乐水平评价标准、音乐鉴赏习惯、乐曲风格特征等，创作蛋白质的AI音乐作品。

“这些画作和音乐太有意思了，没想到是通过蛋白质演变而来的。这种多学科交叉的艺术表现形式我之前从没有见过。”前来观展的市民黄女士说。谈及为何要举办这样的巡展时，张辉直言，“艺术能够激发大众对科学的认知兴趣，有利于科学的感知化普及。”通过巡展可以面向大众普及分子生物学、人工智能、艺术学等学科知识，并以所涉及的多学科交叉融合为特色，重点展示蛋白质本身的视觉和听觉的艺术效果。视觉与听觉具有一定的相关性，易于产生联觉效应。利用人工智能来识别出与特定蛋白质结构对应的音乐旋律，电脑随后创作出曲谱，还可再将曲谱转化成具有一定空间结构的蛋白质，人工智能系统或可根据初始序列推断并设计出一种全新蛋白。“科学与艺术都需要不断探索和创新，才能有所突破。科学与艺术的结合有利于双向互动式促进。”

本次巡展由闽南师范大学和南山书院主办，以人机共创的形式表达不同的创意主题，突出蛋白质自身的音画同体特征，对100余幅作品做音画共融性解析和呈现。巡展将持续至11月，之后，巡展还将前往汕头、潮州、广州、厦门、上海、北京等11座城市展出。