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蒲慕明谈创新性研究

已有 8670 次阅读 2008-9-27 22:39 |个人分类:科研论语

以下内容摘自蒲慕明所长在神经所2006年会上的讲话http://www.bioguider.com/Article/focus/celebrity/200602/7022.shtml

蒲慕明谈创新性研究 

一、什么是创新性研究

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。

二、如何做创新工作

科研工作怎样能有创新性?创造力是从何而来的?创造力能否学习?  这些都是难题,我不能声称说我有答案。在三十五年科研生涯中,我不断努力去做创新的工作,我只能谈谈我自己的经验和感想。

广铺触角(broad  scientific  exposure):首先要学习把你的触角铺得广。我刚才说许多创新工作是把表面上不相关的现象联系在一起,别人没有想到这样的联系,你想到了,这就是令人惊讶、引人瞩目的创新。很多创新工作的源泉是联系。所以要有广泛接触、你的触角铺得广是做出创新工作的一个有益的条件。就拿听学术报告来说,如果你认为不是与你有关的工作,就没有兴趣去听,那你就错了。事实上你需要常常听那些与你的工作好像无关的报告。听完这些报告你可能会突然有些想法、有些灵感,可以把别的领域的东西引用到你自己的领域来,做出创新工作。去听与你无关的报告可能比听与你工作直接相关的报告更重要。参加会议也是这样,有时参加与你工作无关的会议比参加与你工作直接有关的会议更有收获。今天香港科技大学叶玉如教授也在这里,大概15年前,我在巴黎参加了一个与我没有直接关系的会,我以前不认识的叶教授也在那个会议上,我们谈到她做的神经营养因子受体的工作,谈的过程中我们想到既然神经营养因子对神经生长与神经元存活有这么大影响,也许对神经突触功能也有影响,所以决定合作试试研究神经营养因子对神经突触功能的影响。我们回去后就马上动手做,完成后,1993年出了一篇文章,开创了突触可塑性研究里的一个小领域。所以把触角放远对做出创新性工作是非常有益的。

探索历史(Learn  the  history):学习与你研究工作相关的历史对做出创新性工作也是非常有益的。我刚刚说创新性工作都是有连续性的,都是建立在前人工作之上的。我在上课时常常要求同学们,读文献不要只看文献描述的工作(What  was  done?)。还有四个“W”  -  你也应知道,是谁做的(Who  did  it?)  、什么时候做的(When?)、在哪里做的  Where?)、为什么会做这工作(Why?)。知道创新工作的来龙去脉,将帮助你在你这个特定时间、特定情况下做出与以前那些工作一样具有创新性的工作。所有的科学论文从表面上看都是非常合乎逻辑的。陈述的通用顺序(科学八股文)都是像这样的:前人发现这个、发现那个,因而我们提出这个假说,做这样工作,得到这样结果。其实很多工作不是这样来的,而且常常是倒置的。人们偶然碰到一个现象,然后想到底怎么会是这样的?最后决定可以这么解释,可以和前人发现的这个、那个现象有关,才提出这个假说。科学八股文现在已成为科研写作的标准模式,没有真实反映科研工作的整个过程,需要你化很多力气才能找出来龙去脉。一些二十世纪初期的科学论文不是这样的。作者会诚实地告诉你他为什么做这个工作,原先可能希望得到其他结果,但是没有发现他想要的结果,可是在偶然之中得到了现在的发现,整个来龙去脉都跟你讲清楚了。为了简化或修饰,现在的论文都把真实的来龙去脉修改了。

想了解重要的创新工作的来龙去脉,你就要读科学史、读科学家传记、要读科学家写的东西。二十世纪生物界最重要的就是分子生物学革命,这是怎样发生的?是谁做的?他们为什么能做出革命性工作?我一直建议每位同学、老师都要读“The  Eighth  Day  of  Creation”这本书,是Horace  Judson化了十多年功夫、访问了上百个科学家、从访问录音带整理出来的历史。从四十年代中期到六十年代中期这二十年期间所有重要的分子生物学工作的历史都记录下来。它告诉我们分子生物学革命是怎样产生的。了解这些历史远远比上一门分子生物学课重要、比读一百篇最新的分子生物学论文重要。我在阅览室放了三本“The  Eighth  Day  of  Creation”,我想问问有几位同学看过?看几页都算,请举手……  好像还是少数人读了这本书。  三本书在阅览室,有空就可以去读,读多少是多少。在我们的阅览室还有许多类似这样的书,我希望大学都能抽出间隙时间,暂时抛开实验工作,化点时间到阅览室去读那些书。

挑选性阅读(Selective  Reading):谈到读书,我想讲下面与创新性直接有关的,就是挑选性的阅读。你所在领域的文章不要出一篇读一篇,一下从电脑里下载一百篇,把你的领域所有文献全部下载,整天坐在那里读。对初学者来说,这种大量的阅读对你的健康是有害的(众笑),对你的创造性思维是有害的。为什么?这些文献把你的脑筋框住了,脑子里一大堆信息,你不知道怎么分析这些信息,不知道它们的重要性,哪些信息可靠?哪些不可靠?你都没有判断力。你全盘接受,把整个思路搞乱了。即使你已进入这个领域已经有段时间了,也不需要读你所在领域发表的每一篇文章。那你需要读什么?你所在的研究领域的重要综述你都要读,很多重要综述文章是由你所在领域的领袖人物写的,他们知道领域的研究现状、什么是重要的研究工作、什么问题已有定论、已经解决了、什么是现在尚未解决的问题,这些综述一个个跟你讲清楚。从那些综述中你可以发现一些重要的原始文献(包括以前的和现在最新的文献)需要你去钻研。认真读完这些,你就可以做你的研究工作了。只要是你所在领域的公认的尚未定论的问题,你就去做。现有的文献中有太多不完整、不准确、甚至是错误的工作。你实在没有必要浪费时间去钻研那些文献中的每个细节没有定论的问题,你就去做,去发现新的现象,去提出你的假说,设计实验去验证。等你的工作有结果时,你再去读那些与你的研究工作有关的文献,这时你已有经验,你的阅读也有了针对性。你去找那些与你的工作有关的文献,看人家是怎么做出来的?为什么你的工作与人家不一样?不要担心你现在做的工作可能与已完成的工作有重叠,任何一个实验存在着许多变数,与以前别人做的实验完全重叠的几率是非常小的。在你已得到了实验结果后,这时你可以通读与你工作相关的文献。因为现在你能有目的、而且有经验去与别人比较你的工作结果。如果你的结果与别人不同,那你现在就可以去发现为什么不同。这就是有挑选性的阅读,特别是刚开始入门的研究人员,我认为这样的阅读方法更适当。

刚才我说只要是你所在领域公认没有定论的问题,你就去做,你的工作就可能有创新性的贡献。但是,已有定论的问题有时也可以去做。这就牵涉到阅读的另一面,就是与我先前讲到的探索历史有关。我建议你有挑选性地去探索已有定论的,大家公认的概念(或假说)的历史,阅读一些得到这些概念的  经典文献。你很可能会发现这些概念的实验基础不都是牢不可破的,有些实验所依赖的技术现在看来可能是有问题的。我认为这种情况是你做出重要贡献的一个好机会。你现在可以设计一个新的实验,用以前没有的新技术重新验证大家已接受的概念,你可能会做出重要的贡献。下两种情况可能会发生。第一,你的新实验对那些已有概念提供了新的证据,你用新的技术进一步巩固了目前已有的科学概念,这也是创新性的贡献。第二,如果你的运气好,你可能会发现反驳那些已有概念的证据。遇到这种情况,你可是中大奖了!你将通过否定或修正目前已有定论的概念或假说对科学做出重要贡献。总而言之,重新研究以前已有定论”  的问题与探索新的尚未解决的问题,一样是推动科学进展的创新工作,因为科学的进展就是对我们理解自然现象的已有概念或假说的修正。所以,选择性地阅读你所在领域的重要概念或假说的经典文献,你可能会发现做出重要的创新工作的机遇。

敢于冒险(taking  risk):创新工作常常需要冒险。很多新的工作可能引导重要结果,但也很可能会失败,人家不敢去做,你敢做吗?就像其他任何领域的人一样,科学家们有各种各样不同的性格。一些人不愿去冒险尝试新的工作,他们宁愿延伸以前的工作做出他们的贡献。然而,许多真正重要的创新工作是需要大步向前迈进,冒险走人家没有走过的路,用人家没有用过的方法。对于初学者来说,在尚未学会怎样一步一步踏实地进行科研之前,冒险显然是不合适的。但对于已经成长了的科学家,在自己所在的研究领域已有多年的经验,敢于冒险是做出重要创新性工作的必要步骤。我常喜欢用胡适的一句话,就是大胆假设,小心求证。大胆假设需要冒险,而小心求证就是确保你的冒险能得到真实的结果。在去年的年会上,我已经讲了许多关于怎样形成好的假说,怎样严谨求证你的假说的个人体会。

初入门的学生怎样学习敢于冒险创新的精神呢?让我们从每天收集到的实验数据做起。我有这样一个建议:对于你获得的所有实验数据,不管它们是否新颖,你应该大胆尝试去用以前没有用过的新方法去分析、去作图。用新的方法,你可能会得到新的信息,甚至会引导出创新性的发现。我常常听我们的同学说:以前文章就是这么分析和作图的,人家也发在很好的杂志上,我这样做不是就可以了吗?我说你要大胆,不要人家怎样做就照着做,那就不是进步。如果你能想出一个好的办法分析你的数据或作图,这已经是创新了。甚至你会遇到更好的境况-你从以前的文献中找不到可以教会你处理数据的方法。你不知道怎么分析,怎么作图,没有范例可以参照。如果真是这样的话,那么我更要恭喜你,因为这是原创性工作的明显迹象,你可能已经做出了具有原创性的工作。当你所创造的分析作图方法发表后,可能成为别人以后参照的范例。

正面对待批评(Positive  attitude  towards  critiques):学习具有创造力,你必须学会用积极的态度正面对待学术批评。我不是说你永远全盘接受别人的批评,不假思索、不辩驳就写检讨。我是说你应该严肃地思考别人的批评,把它当作对你工作的挑战,经过理性思考后把它反应到你的工作中去,而不是立即采取感性的反弹反应。这点我觉到神经所很多同学非常欠缺,对我们的论文指导小组老师给的意见,同学常常有反驳的说法,许多反驳不是基于认真分析老师的意见的基础之上做出的反应。很大程度上是保自己的面子。有些同学总是认为自己很聪明,所有问题都想到了,不愿认真考虑别人的意见。

除非你真的是像爱因斯坦或莫扎特那样的天才(没有人知道他们的创造力从何而来),你需要通过其他的科学家对你的工作的批评来帮助自己、提高自己的创造力。创造力常常是在一群赋有创造性思维的科学家的批评中产生,当你不断地面对各种科学性挑战,并愿意接受和解决这些挑战,你的思维就会变得越来越赋有创造性、越加尖锐、老练。正面地对待批评的态度对一个科学家的成长是非常重要的,越能虚心听取别人的意见,认真思考批评意见的积极面,你越能提高自己。神经所的组长们的科研水平在过去的几年中为什么不断地提高?在很大的程度上是由于为了把我们的论文发表在高水平的杂志上,我们必须不断地认真思考并积极反应许多高水平杂志审稿者(包括许多具有创造性思维的科学家)对我们工作的批评。我们就是通过高水平的审稿者对我们工作的严厉的(有时是非常痛苦的)批评来提升我们的科研创造力。

向有创造性思维的科学家学习(Learn  from  creative  minds):就像我上面所说,创造力往往起源于与具有创造性思维的科学家们的交流。这就引出我今天要讲的最后一点,那就是要向有创造性思维的科学家们学习。20世纪前五十年,Cavendish实验室可能是全世界创新科学工作最集中的地方,那个地方到底有什么特别?就是有一群具有创造性思维科学家。进去的人接受熏陶后,一个个变成具有创造力的科学家。我们不知道创造力怎么来的,但是有一点是可以确定的:一个聚集了许多赋有创造力的科学家的地方是培养创造力最好的地方。我们神经所没有十几个诺贝尔奖获得者整天绕着你转。所以退而求其次,你自己去找机会,你要积极地与到神经所访问的许多科学家交流,积极地参加神经所所有的讲座和研讨会。甚至更有效的,你可以上网或到我们的阅览室去查找这些具有创造性思维的人写得东西。每个大科学家都有传记或自己写的自传,你认真看看他是怎样做出好的工作来的,你看多了,慢慢就会改变你的思路,使你变得更赋有创造力。简单地说,我确信认真研读赋有创造力的科学家的作品是培养创造力的一个有效的途径。

 



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