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【研究生和科研工作者必读】蒲慕明关于科研人生的精彩演讲 精选

已有 21265 次阅读 2018-7-18 15:27 |系统分类:科研笔记| 科研人生

【研究生和科研工作者必读】蒲慕明关于科研人生的精彩演讲

吴崇明 中国医学科学院药用植物研究所

   

自读研究生到现在,我听过不下300场科学报告,从硕博生、博士后到知名学者、院士和诺贝尔奖获得者。每场报告下来,我总会问自己从中学到了什么,如果能够有一两点哪怕很小的所得,就算是不虚此行。论及近16年来哪次报告对我的科研生涯影响最深远,首推在清华大学聆听蒲慕明院士关于创新研究和科研人生的演讲。这几天想给学生写一个该怎样成为一名优秀的研究生的短文,一下就想到了先生的演讲内容。通过简单查阅资料,发现蒲先生在中科院神经所和遗传所都曾经做过相似的一个演讲。特别是遗传所的赵晖、于浩彭两位学弟已将蒲先生的完整录音整理成文,这个录音版的内容与我在清华大学所听内容基本一致,因此逐字抄录下来,以飨读者,同时再一次深深感悟蒲先生的学术思想。

另外,唐小卿的科学网博客有这个演讲的另一个版本和理解,大家可以参考阅读。http://blog.sciencenet.cn/blog-77930-40670.html

蒲先生的演讲可以分成四个部分——首先谈科学研究的创新性问题,其次是研究生做科学研究应该注意什么,第三是研究有哪些类型和方法,最后是如何看待科学人生的乐趣和挫折。

一、科学研究的创新性

1.      创新的种类

创新就是新颖,看到新的现象,提出新的假说和理论,开发新的分析方法,都是创新。对于刚开始做研究的学生,提不出什么很新的理论或假说,但是可以对收集的数据采用新的分析方法,这也是创新。我们的分析方法都是照着前人研究做的,别人用什么分析方法、比较哪些内容、怎样进行比较、怎么作图,我们也照葫芦画瓢,有样学样地去分析。但如果我们能够用更好的方法对自己收集获得的数据进行不一样的分析,并用不一样的作图方式进行呈现,这其实也是一种创新。因为,新的分析和作图方法常常得到新的信息。生物学里我们公认的很多所谓“参数”其实都是粗略的,不完整的,所以新的分析方法是创新的第一步,尤其是对学生来说。

创新的种类有很多。开发出新的方法和技术,这是创新。为旧的假说提出新的证据,即使没有提出新的假说,但也是创新。找到两个原本认为无关的已知现象联系到一起去,即使没有发现新的现象,但也是创新。因此,创新并不仅仅局限于发现新的现象,和开发新的方法技术。点点滴滴都有创新。

2.      创新的重要性

虽然创新的种类很多,但并不是每一个新的东西我们都觉得重要,因为很多新的其实是鸡毛蒜皮的小事,虽然新,但没有意思。所以新必须联系到重要性。你的创新工作大家一听,“我怎么没有想到!”要有令人惊讶的成分。所以创新的下一个是重要性。

重要性就是在某个领域里是否做出了公认重要的问题,对这个领域是否有重要贡献。我们可以把重要问题分为几类:(1)第一类问题是我们还不知道怎么下手,没有可下手的线索。比如意识问题,意识是什么东西?这个问题很重要,我们要了解人首先要了解自我意识是什么,但怎么下手?比如发育中的形态建成,一维遗传信息如何演变三维细胞和组织结构?再比如许多中医理论的现代医学内涵是什么?中医的证候如何用现代医学术语来解释?人体经络的物质基础是什么?等等。(2)第二类问题是我们都知道重要,而且只要有钱有足够的人力就可以解决。比如人类基因组测序,比如美国的阿波罗计划和我国的两弹一星工程。这类问题迟早都能解决,只要我们下定决心去做。(3)第三类问题是我们最常面临的问题。就是我们过去有一些线索,但靠这些线索我们能否解决这些问题还没有把握,这需要我们去做抉择。做重要的问题需要承担一定风险,就看你为解决重要问题敢冒多大险,比如可能面临好多年都发表不出像样的文章,无法完成各种考核和基金申请。

诺奖得住Peter B Medawar说科学是“The art of soluble”。字面意思是科学是一种解决问题的艺术,其实还有更深一层意思,就是科学是寻找可以解决的问题的艺术。以你现在的能力、现有的技术或手段,这个问题是否可以解决。这不是几句话可以讲清楚的,我们可能要做一辈子,在什么时候做什么重要抉择,这就是科学。

3.      创新的连续性

创新工作还有一个特点就是连续性。常常有许多民间科学家声称他们通过突发奇想,创造了一套新的理论,从来没有人想到过。这不是我们的创新,我们都是站在其它科学家的肩膀上,是其它科学家工作的延续。用现在的科学语言、科学方法解决你现在面临的问题。即使是爱因斯坦的工作也是连续的,他的相对论也是基于场论和过去的实验结果。他虽然有很新的东西,但也是建立在别人的基础上。所以创新是连续的,都是对以往的修正和补充。

4.      创新的完整性

创新工作要讲完整性。什么是完整性,就是好的创新工作必须是所有必需的证据都有,但不是说所有的细节都要。像素描,主要的几笔能够把人物的精髓画出来,这几笔就是必要的,但很多细节反而是非必要的。

为什么说创新工作要有完整性呢?因为一项工作的完整性会影响这项工作的影响力。比如说一个人有个结论,十年前也有人做过,下过同样的结论的,但为什么别人不重视他,而现在这个人做出来了,大家就都同意是做出来了呢?因为十年前同样的结论缺少必要的证据,所以没有得到重视。所以,证据的完整性对创新工作的影响力非常重要。

完整性包括主要的证据,还包括排除对结果其它可能的解释。常常写一个论文,证据很多,送去发表,审稿意见回来说你这些没有道理,因为另一种途径可以解释你的现象,就是完整性缺少排除其它可能性。即使你没有排除的证据,但你讨论到了其它可能性,那其他人就不好批评你。你的工作如何叙述,放在什么框架里进行研究讨论,都是完整性的一部分。很多先驱的工作被忽视,可能是时候未到,其重要性还无法被人理解,但大部分时候是先驱工作还不够完整。

5.      创新的独特性

有人认为一个现象只要存在,就早晚被人观察到,因此现象的发现不具有独特性。然而,虽然不同的研究途径可以得到相同的结论,但不同途径的工作一样重要。有人说文章别人已经发了,和我得出的结论相同,我的工作就不能发表了。但如果你做的研究和别人途径不同,虽然结论一致,但有独特性,还是可以发表的。而且,相同的证据,可信度可以大不相同,比如实验error bar比别人大很多,可信度就低。一个人做的实验漂不漂亮,与实验过程彻不彻底、严不严谨都有关。所以,同样的实验也有独特性,因为可信度不同,影响力也不同。另外,同样的结果,有不同的表述方法,为什么做这个实验,按什么顺序表述结果,论点支持的假说和不支持的假说,为什么不支持,还有不同的写论文的风格,每一个论文都不一样,即便是同样的东西。每个人都有不同的风格,做科学家慢慢就有独特性出来,每篇好的论文都是一件艺术品。读论文不仅要看内容,还要看表述方式与写作风格,这都要品味学习。

6.      创新的及时性

创新工作是有及时性的。你的工作什么时候做出来的,出来太晚就不是创新了,科学竞争越来越激烈。

 

二、研究生做科研应该注意什么?

1.      知道一个科学发现是怎样产生的比知道这个发现更重要。

读文献听报告,不要只记住结论,还要知道结论是如何得来的,是怎样产生的,要多问Who? Where? Why? 读文献要知道是谁做的?为什么要做这个工作?结论可不可靠?

了解科学发现,要知道产生重要工作的背景,这在教科书里常常被忽略,只给了结果,而科学文献常常是被扭曲的。现在的科学文献很像是八股文,从前言到结果顺理成章,天经地义。其实大多数科学发现都是碰来的,你要知道它的历史,是怎么来的,你才会碰到。论文只会告诉我们科学发现的最终结果,而不会告诉我们其中的曲折过程。我们只有知道大家工作是怎么来的,在你碰到机遇时才会做出类似的抉择,开展自己的创新工作。所以听报告时学生要会提问,如果实在提不出,可以问:“你为什么做这项实验?”

2.      知道从哪里找信息比知道信息更重要

 现在的文献信息量太大,读得太多当你想的时候一下就想到了别人的工作,对你自己的工作会有抑制性和限制性,导致我们无法做出正确的判断。读什么呢?读重要工作的历史,读好的综述,这个领域怎么发展。查文献是去检测你的结果,不要任意下载什么文献都读。建议新的电脑上都贴上一个标签“过度无选择性的阅读有碍健康”

3.      知道怎样去叙述一件事比知道这件事更重要

听了和看了的内容,你没有讲述出来,还不是自己的东西。叙述是逻辑整合的过程,什么先说,什么后说,因果关系是清楚的。你把东西装载脑子里,最好的方式是告诉别人你看了这个文章,它为什么重要。为什么口头报告很重要呢?是你把知道的信息整合讲出来,该讲的讲,不该讲的不讲。这个训练非常重要。

科学是一个社会现象,做科学是要跟人交流,交流就需要叙述,包括写的叙述和说的叙述。做科学的乐趣很大一部分源于跟他人的交流,同行懂你的东西,说你的东西做的漂亮。交流过程中得到人家的肯定,是科学乐趣的主要来源。还有就是去申请postdoc,现在流行skype-phone- interveiw,就是检测你的口头交流能力,叙述你的想法,对未来实验室的贡献等。有效的科学交流是需要训练的。而交流的能力是所有职业都需要的。

4.      知道什么是“未知的” 比知道什么是“已知的”更重要

教科书常常不告诉你什么是未知的,只告诉你已知的。但是做科学就是要把未知的变成已知的。所以,你要知道什么是未知的,你才能去做。加入什么事情都知道,那么科学就没有什么好做的了。现存的知识存在不完整性和不可靠性,科学进展就是要修正现存的知识。好的教科书和好的综述会告诉你什么是未知。好的综述要看conclusion remark,告诉你什么东西是未知的,什么东西是下一步要去解决的。

5.      自我教育比找到好导师更重要

  读一些伟大科学家自述创新的过程,是学会创新的最好途径。创新是怎么学来的?就是跟最会创新的人学。最重要的创新是怎么发现的?就像侦探小说一样,很有意思。他们会介绍当时面临的最大问题是什么?有什么困难和挑战?在那种情况下,他们是怎样去想,怎样去绕过这个问题去思索。

特别推荐一本书,所有同学和所有的科学家无论老少都可以去读Peter Medavar写的《Advice To A Young Scientists》。蒲慕明先生读这本书时已经45岁,他每隔几年去看一下都有新的收获。他以一个很好的科学家的眼光去Interview一大群生物学家。他说,你的创新工作是怎么做的?你的获取历史是什么?有名的人都在这里被采访过,非常好的一本科学记录。

很多人不喜欢读书,而是喜欢上网,那么建议你看最好的科学家网站www.webofstories.com,最好的科学家每个人都有几个钟头的访问稿,从最年轻的时候开始,他们所有时期的重要工作,他们是怎样去做的,所有的自述并不是从头到尾,而是隔五分钟。你只要进入这个网站,就可以随便跳到一个感兴趣的,比如沃森谈克里克,克里克谈沃森,很方便。

 

三、研究的类型和方式

1. 探索性研究和假说驱动性研究   

研究的方式有很多,主要的有两种,一种是探索性的研究,一种是假说驱动型的研究。探索性研究的目标是找新现象。就是你要去探索,但是你没有目标,就像大海捞针一样,不知道会探索出什么东西来。比如对于已经通过动物或人体试验证明有效的新型化合物,探究其体内的作用机理;利用各种组学技术发现可能受药物调控的潜在基因和蛋白;在随机诱变的群体中寻找潜在的基因突变体等等。

虽然探索性研究没有既定目标,但事实上,大海捞针也需要很多引导。不然,你的探索不会成功。引导的因素是什么呢?有些是直觉,有些是想象,有些是经验,有些是胆识,还有一些是模糊的假说。我们说探索不是假说推动的,但是常常有模糊的假说。最好的例子就是细胞重新编程。山中伸弥的诺贝尔奖就说,IPS是要从体细胞变回干细胞。这是探索性的,他只有一个非常模糊的假说。假说就是,分化过程是转录因子主导的,各种转录因子造成分化。我现在假想也许有转录因子,让体细胞向反方向造成分化,我只要找到对的转录因子就可以有效。这是一个模糊的假说,但是怎样去找?还需要一些直觉,一些选择,这是探索性的研究,但带有一点导向。在山中伸弥的工作之后有人提出,能不能通过重编程,将alpha胰岛细胞直接变成beta胰岛细胞?这样就不需要先变成干细胞再分化成别的细胞了。如果都是转录因子,为什么不可以呢?一个中国学生花了3年时间去做,也选择了各种组合,最后选出来了。

假说驱动型研究比较固定。我们已经看到了某种现象,比如我们的目的就是提出一个非常明确的假说,来说这样的假说可以说明这个自然现象。然后,我要证明我的假说是不是正确。这样的现象常常是已知现象中的有意思的现象,在中间提出一个令人惊讶的、别人没有想到的关系。

好的假说必须提出一个好的因果关系。某个基因在发育中很重要,这不是一个假说。有因果关系,从AB,才是假说。假说驱动的研究是非常基本的研究途径。通常一个假说要给一个因果关系。检测假说,其实就是为这个因果关系寻找证据。举个例子,你发现系统里A导致C(AC),已知另一个系统B导致C(BC),你把它们连接到一起提出假说,就是AC必须通过B,即ABC。要检测这个关系,就是拿掉B,看A有没有办法产生C。假如没有BA照样可以产生C,则假说被推翻,没有继续下一步的必要。反过来,假如没有BA不能产生C,则BAC的必要条件。同时你还要检测其它现象,比如在你的系统里是否能够看到ABBC?如果你发现AB,同时即使没有A,也可以检测到BC,则BAC的充分条件。既是充分也是必要条件的B,那么ABC的因果关系在你的系统里就暂时可以成立了。事实上,大部分科研就是研究因果关系。

我们的研究生在课题报告的时候,ABCDE因果关系一大堆,他要做的实验都是不完整的。如果你的研究涉及ABCDE一大堆分子,你就要找出最重要的ABC,先把三者解决了,然后在做ABCDE。你会发现,光做ABC就需要做很久,就能出一篇Cell,就不需要做ABCDE。因为你要做完整一个工作,完整性看起来很简单,但事实上并非如此。当然,还有很多细节,你拿走B的时候,处理是不是特异的,是不是在拿走B时,其它的东西也被破坏了?例如你用药剂阻断B,这个药剂是不是有充分的特异性,其它条件有没有改变?还有很多药理实验没有100%的效果,你怎么对待这样的结果?我们最常见的就是B被阻断之后,A造成C的数量大大减少,一般会认为这个假设成立。但为什么C没有完全消失?是因为B的阻断不彻底还是A可能有不同的途径可以达到C,也就是ADC。假如后面的情况成立,那你的假说就失去了强度,你一定要回来找原因,到底为什么阻断B只是部分地有效。如果用多种方法阻断B都只能得到部分效果,那就应该寻找D,在AC中,D可能比B更重要。这样你就应该放弃原先的假说,即便原来的假说非常新颖,非常吸引人。你是坚持还是放弃原有假说变成了一个关键的问题。

我们假定ABC,但真正的关系可能是ADCB可能只是影响D,是D存在的必要条件。拿掉B会影响AC,但不表示B就是因果关系中的一环。即使BC是充分的,但因果关系仍可能是ADC。要真正令人信服,你必须证明,在你的系统里,在实际生理条件下,A能产生适量的B,而产生的B的量足以产生C。这时候,定量信息就非常重要。如果没有定量信息支持你的假说,可能B只是ADC过程的一个必要调控者,而不是AC的真正介导者。以往与当今文献中许多信号转导的争论就是由于缺少对信号传导途径的介导者和调控者的明确区分,而出现了太多不可靠的相互矛盾的因果关系假说。

另外,假说存在的意义是让你去推翻的,不是让你去证实的。为什么要说要提出假说呢?是因为假说要解释现在的某个现象。但是你的假说提出来没有证据,还是不够的。你的现象正确与否,需要做实验去检测。你的实验设计能够符合你的假说,或者不符合你的假说。但是最好的目的是与现在的假说不合,这就是假说存在的意义,是要反证。

我们对假说的想法很多人是不清楚的。提出来的假说,不是要实验能够做出来,符合你的假说,你的假说就成功了,而是你的实验是要说明你的假说不对。为什么?这才是一个新的发现。因为你的假说是来自于看到别人的工作,现在的思维,现在的领域给你的,是大家公认的想法,这样子最合理。加入你的结论不符合,表示你现在的想法有错误,你要改变想法,改变后就是一个新的想法。创新的来源,常常是反证得来的。逻辑上,一个假说不能被证明,只能被推翻。因为你绝对不可能做遍所有的实验,全世界可以想到的实验都符合你的假说。你现在的实验符合你的假说只能说现在的实验支持你的假说,但是不能说证实了你的假说。因为,总有一天有人会说你的实验是不对的。所以,不要证明任何一个假说。The most difficult problem for scientists is to stick to hypothesis。老是自己坚持某个想法,一定要找到实验证据。虽然实验证据并不是都符合他的假说,还是坚持。认为,这种坚持就是科学的坚持。事实上,假说不是这样用的,假如负面证据是你相信的,正确的话,你的假说就要修正。所以,一个好的科学家要灵活。要不断根据证据修正你的假说。

2. 前瞻性与回顾性研究

前瞻性研究就是往前看的研究。往前看什么呢?就是找新现象,检测新的假说,看最新的论文,做下一步该做的事情。但是这个往前看的做法是非常有竞争性的。因为大家都知道下一步。文章还没有做出来,但实际上别人已经做出来了,你现在做可能已经晚人一步,这就是前瞻性,竞争性非常高。

回顾式研究,就不需要读最新的一大堆论文,读什么呢?读老的文章,观察大家都知道的现象。你重新去观察,并用新的方法去观察,重新去检验著名的假说。这个完全没有竞争性,尤其是教科书上面的,都说是对的,但是为什么值得做呢?因为教科书百分之五十是错误的,二十年以后全都知道了,这样科学才能进展。进展就是把以前的概念修正了。但我们不知道是哪个百分之五十。最好的办法就是找一个好题目,特别是对于刚开始起步的新实验室。到教科书里找最感兴趣的假说,追溯假说所依据的原始文献,假说是怎么来的,40-50年代的工作导致现在的假说,详细看他们的原始文献,实验依据,钻研原始内容,然后用新的方法去重复实验,但是用不同的实验技术。那时候假说出来的是比较差的结果,你用新的更好更灵敏的技术去检测,看他的假说是否被你的结果支持。新的证据很可能是支持他的,得到新证据支持教科书重要的假说,也是创新工作。虽然上不了CNS,但可以进入领域最好的文章,最好的杂志上。这是贡献,新技术对教科书假说的一个支持。但是,有百分之五十的机会得到反驳这个假说的新证据,那你就中奖了,这个就是重新开启一个新的篇章。

回顾式和前瞻式研究看起来是相反的,一个是找新的东西,一个是找旧的东西,但是结果是一样的。就是修正现在的假说。前瞻式假说如何修正?要有很多新的现象,新的现象哪里来的?积累了很多现象都不支持新的假说,那假说就要被修正。但是这个新现象的寻找常常需要很多人,并不是真正的反证这个假说,而是要找到证据。对于回顾式研究,就是直接找现在假说的基础有没有破绽,这对推进科学进展其实是很有效的一个方式。

四、科学生活的乐趣和挫折

科学研究的乐趣从何而来?论文接收了,乐趣就来了,这是乐趣来源之一。有了新的发现也是一种乐趣,新发现会出好的文章。但事实上,真正做科学家,不能只靠最后的结果,要找到平时的乐趣,绝对不是在于最后idea出来的乐趣,不然中间三五年时间怎么活!整天在那里筛选没有结果,但是我觉得它有乐趣,它的乐趣就是每走一步路,在这个过程中有乐趣。要学习在每一次发现的过程中,每一个小小的收获就是乐趣。你今天这个实验有小问题有结果了,你就快快乐乐回家。不是说你的实验没有完成,昨晚最终的结果没有看到,最终的结果要三年以后才到。但是要学会每一天,每一个礼拜实验的成功都饱含乐趣。你得到了,你能体会到这个,你将来就适合搞科学。发现过程的乐趣,你能够去学习,去享受。

还有要学习作为科学群体的交流方式。要知道,在科学界和你的同行交朋友,你能够跟他们交流、发邮件,知道大家在讨论什么。跟你的同行谈,他们听得懂,你所在的这个群体,你要从这里得到乐趣,这就是你的群体。科学群体的乐趣很多,要参加会议,经常交流。

总有不顺,但实验不成功有很多种,以后再提挫折。实验室和家庭的挫折有很多,要学会如何处理。大多数出了好文章的学生都是忍受挫折能力比别人强的人,大多数人在过程中就放弃了,受不了了,结果只能出一篇普通的文章。上海神经所有一个学生,文章每一次被拒就回去重新做实验,把文章修正,一直修正到Cell接受,花了三年时间。这就是一步一步越来越完美,他可以忍受挫折。别的学生投paper往下走,他的paper往上走。为什么?就是能够忍受挫折,被拒收就是改进的过程,他不在乎。他可能不是不在乎,或许他回家哭,但是他对挫折的能力,我们要学习。

另外,挫折是必要的,不要以为挫折是坏事。伟大作品都是在挫折中出来的。因为,在挫折中,人的意识就会被激活,被激发。创新的力量来自于挫折。如果大家过的都很舒服,工作很顺利,这不是好现象。说明,你的工作不够难,问题不够重要,环境也没有让你更近一层楼。这个时候,你应该选择更难的问题,更多的挫折,把它打通就是更上一层楼。所以,困境给人以创造力,创新工作是困境中出来的,太多的顺境不是好事。




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