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实验方法

蒲慕明:什么是创新性研究

时间 2014-07-10 01:04:06

大家都在说创新(creativity  or  innovation),整个科技界都在说创新。今天就谈谈我对创新的认识,根据我自己的经验来分析一下怎样的工作是创新性工作。我想把创新性研究的要素列出来,供大家参考讨论。

新颖性(Novelty):概念或假说可以有新颖性,对自然现象有新颖的看法,就是概念的新颖性。发现新的现象也有新颖性,你做了一些探索性实验,有些自然现象以前没有人看到,你现在看到了。发现已知自然现象的新联系也算有新颖性,你发现这个现象与那个现象有关联的证据,虽然这些现象大家以前都看到,你提出这些现象之间有关联,就是新颖的发现。你也可以发明一些新的实验方法、新的分析方法,把以前人家做的东西,你用新的方式来处理、来研究、来分析,这也是新颖性。一个新颖的工作也可以是解决现在有争议的问题,虽然你没有提出新的观念或假说,但是你把有争论的问题解决了,这也是有新颖性。甚至对很老、很经典的概念,原来是大家都公认的概念,你现在有新的实验去驳倒以前那个概念,也是新颖性。所以有各式各样的新颖性,但所有的新颖性都有一个令人惊讶(surprising)的成分,能引人瞩目(raise  the  eye  brows)。你需要有目标地去寻找新颖性工作吗?  你是怎么判断你的工作有没有新颖性?我想提出两点:第一,你的工作是否具有新颖性不全依赖于进行前人没有做过的题目。第二,尽管新颖性发现是不可预知的,但它又是无处不在的,看你是不是能注意到它们、发现它们。常常有学生来问:我有一个假说,某某已经发现这个,另外人发现那个,现在我做这个实验一定会得到这样的结果,这是不是新颖的假说(novel  hypothesis)?我的回答是这样的:首先我要问,假如你的实验结果能支持或证实你的假说,它会是令人惊讶吗?一个令人惊讶的假说通常是一个新颖的假说。假如你还未提出你的假说大家就知道你做出的实验肯定就是那样的结果,那就不是新颖性假说。但是,如果你的实验结果驳倒了你的假说,这反而可能是令人惊奇的结果。本来大家都这么想,但你的结果却恰恰相反,那很可能是新颖的发现。不过有一点是非常重要的,那就是你所在领域的同行是否会关注你的实验结果?你跟其他同行科学家说我得到的结果是反的,不是大家预料中的结果,假如同行听了都不在意,那这很可能就不是一个很有意思的新颖工作。这就是为什么在你完成你的实验之前把你的想法与你的同行交流是非常重要的。这也就是为什么一个能聚集高水平的同行科学家的科研环境,可以在开始或完成工作之前不断地与同行进行讨论是非常重要的。有意思的新颖性工作就是不管是正的或反的实验结果都能引起大家的惊奇,引起同行的瞩目。要引人瞩目,你的假说或实验必须是重要的,这里就要提到创新性工作的另一面,就是工作的重要性。

重要性(Significance):创新工作应该不只是新颖的,不是说人家没做过你做了就是创新。创新必须要联系到重要性,新颖性和重要性是两个不可或缺的要素。我有一个同事,在完成NIH四年项目评委工作后对我说:现在我终于不需要再读那些申请研究鸡爪对鸡屎的影响的经费申请书了。很多申请书的差别主要就在重要性这一点上。在生命科学领域,重要性常常在于你想研究的现象与活体动物中的自然现象的接近程度。举例说大家现在对神经元凋亡很感兴趣,我要提个申请书,研究机械力对神经元存活的影响,我要拿神经元培养皿放在摇床上去摇,然后研究怎样的频率、怎样的振幅可以使神经元凋亡。我也可以做定量的复杂的数据分析,研究机械力对各种神经元凋亡信号转导途径的影响。各位认为这是非常有意义的工作吗?有人会资助这个工作吗?当然大家都会摇头,没有什么意思嘛!你只是用摇床去杀死细胞,你做这个实验有什么意义呢?你要问的是在生理条件下,是否有类似的机械力存在,是否会杀死神经元。我还可以提出另外一个申请,去研究机械力对神经元功能的影响,也用培养神经元。我们都知道动物在生长时,组织生长伴随着的力可能会影响神经元,包括机械性压力对神经纤维的生长、神经元功能的影响。神经元对机械力敏感的离子通道可能会开放,导致了信号转导,影响神经元的功能。我建议去测定组织生长可能产生的机械力,并用微玻璃管在培养皿中的单个神经元上施加类似的机械力,以观察对神经纤维生长和神经元功能的影响。这样的申请书可能会得到同行评审的支持,并且认为是一个有意义的工作。在生命科学领域,判断工作是否具有重要性的一个很基本的标准就是必须从生物体相关性来考虑你的工作的意义。最后,你的工作的重要性不是你一个人说了算,通常是由你所在领域的同行的意见来决定。这就是为什么我们需要有论文指导小组,帮助你判断你的论文工作是否有意义。这就是为什么我们需要送文章到高水平的杂志,让高水平的同行来评审你的工作是否有意义。我们组长的研究工作的意义,同样也需要让国际一流的科学家来评审。

连续性(Continuity):刚才我说了新颖性、重要性,创新工作还要有连续性。我说的连续性是指科学进展都是基于现在已有基础之上的。创新工作不是凭空出现的,即使最新颖的发现、最重要的创新工作,像爱因斯坦的光电效应研究也是基于普朗克的量子概念,相对论也是基于先前测量光速的研究,基于MaxwellPoincareLorentz等理论和数学基础之上发展出来的。没有一个创新性工作不是基于已知科学结构、概念框架、实验和分析方法。你的同行必须能够理解你的工作,这就是创新性工作的连续性。举一个极端的例子来说,特异功能非常新颖,你也可以说是非常重要的。  即使这些现象有重复性,但是它们不能基于我们现在已知的物理和化学原理以及对人类感觉系统的认识来理解,也不能通过现在已有的科研方法来进一步研究分析,所以它不是创新。

独特性(Uniqueness):创新工作还有比较微妙的一面,就是它的独特性,创新性的研究往往在探索途径上显示其独特性。关于这个问题是有争论的,有人说科学发现没有什么独特性,今天你没发现,明天张三、李四同样也会发现。但是我的同事著名分子生物学家Gunther  Stent一直强调科学工作与创造性艺术(creative  art)一样,都具有其独特性。每个一流的科学创新工作与艺术篇章一样,都烙下了创作者的个人印记。所以有时虽然结果是一样的,但是一个漂亮的创新工作能把许多关键实验或证据巧妙地联系在一起,解决一个重要问题。换别人也许也能解决这个问题,但是解决的手段和方法可能要复杂得多,有些实验可能不大合适甚至不大可信。虽然得到了同样结论,但是取得结论的过程远不够简洁、漂亮、有确定性(definitive)。也就是说完成每个重要的创新性工作就像创造一件艺术品,科学家留下了他个人的印记。

完整性(Completeness):一流的创新性工作常常具有完整性,就像画素描,必要的笔划都在那里。完整性与创新性工作的独特性直接相关,因为一个完整的形象如何被呈现于世是由各个科学家和艺术家他们自己决定的。就像画素描,重要的创新性工作常常并不需要包含所有的细节,但是必要的都在那里。一个二流的科研工作可能就是因为少了几笔。因为少了关键性的几笔,工作就不太有说服力,对于这个领域的贡献也就不够明确。

及时性(Timeliness):创新的另一要素就是及时性。创新工作要在相关领域里产生短时程或长时程的影响,常常需要及时出现。所以能否有及时性是创新工作是否产生影响的一个因素。但是并不是所有创新性工作都是及时的,有的创新工作是早产的,出现时不被重视,其重要性多年之后才被发现。我们常常讲孟德尔的遗传定律是早产了几十年。但是一般来说及时性能帮助创新工作产生影响力。关于创新工作的完整性和及时性,我有些个人的经历和想法以后有机会再谈,现在讨论更实用的问题,就是如何进行创新工作。

 

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