创新研究

【分享】中科院神经科学研究所2010年年会蒲慕明所长的讲话 已有2人参与 ★

1949stone(金币+1): 很好 2011-03-08 14:50:53

中科院神经科学研究所2010年年会蒲慕明所长的讲话

2010年 12月28日

（根据录音整理）

今年的年会是一次不寻常的年会，以往的联合年会是请一个外单位，今年邀请了科学院生物物理研究所、复旦大学脑科学研究院以及浙江大学医学部三个单位。由于时间有限，今年每位研究人员介绍自己工作的时间比较短，但是会议的内容更丰富、交流的机会也更多。三天前，我还没有决定今年年会讲话的主题。听完三天的演讲，我和大家一样，都有些感想。我决定今天的主题就再一次讲“创新”，我们现在处处都在讲创新，报纸上几乎每一天都能看到有关创新的内容。今天我就谈谈我对创新的看法，有的内容在各种场合讲过，在神经所时间较长的人可能会觉得我啰嗦，但我现在算是老人家了，有资格啰嗦了。

创新的含义

首先定义一下“创新”，什么是创新？创新的研究有很多种，比如说，理论科学家对某种自然现象提出新的看法，提出新的理论或概念，就是创新。对于以实验为主的生物学研究来说，实验上的创新也有很多种。有一种创新是观察到新的现象。比如你设计了一个非常巧妙的实验，发现了一种前所未知的自然现象，这种现象只有在你的实验条件下才被发现，这就是创新。还有技术上的创新，举例来说，物理学技术发展到了一定的水平，发明了加速器，才能观测到subatomic 层面的现象。生物学亦是如此，随着新的显微技术、新的分子生物学方法的发展，原先看不到的生物微观现象现在能看清楚了。这是通过技术上的创新，从而观察到前所未知的自然现象。

还有一种创新，别人已经观察到了现象A和现象B，但不知道两者之间的关系，而你虽然没有发现新的现象，但是你把A和B之间的因果关系搞清楚了，提出一个新的联系，这也是创新，因为你的研究推动了对自然界的了解。另一种形式的创新不是建立新的联系，而是通过新的分析方法，把一个别人已经观察到的现象解释的更好，这同样也是一种创新。对于我们刚刚开始从事研究工作的学生来说，学的都是别人已有的技术，看到的现象也常常是别人已经发现的现象，我们如何创新呢? 我认为你们仍然有创新的机会。举一个简单的例子来说。当你已经获得了你的实验数据，显微镜观察的数据还是生化实验得到的数据，你是如何选择分析数据的方法？很多同学都是照着别人论文里的方法去做分析。但是，作为一名研究生，从事的是原创性研究，应该思考能否在别人的分析方法基础上更进一步、做更好的分析、设计更定量的方法，甚至是使用一种别人没有用过的方法。假如你拿到数据后完全不知道怎么分析，这是最好的创新机会！因为当你不知道怎么分析时，常常是因为没有别人的范例可循，无法照着别人的方法进行分析，这是创新最好的时机。如果你能自己设计出一种方法，这就是创新了。作图的方式也是如此，为什么一定要照着别人的方法来作图呢？为什么不可以自己想一种更好的方法来作图？你的新方法很可能使人眼前一亮，这就是创新。你的论文若内容、方法都与别人已发表的文章没有多大差别，你的工作就不是什么创新的工作。

再举个例子，我们有几个研究组，对树突发育有兴趣，但分析方法都是照着别人发表的方法来分析树突的长度、分支点数等等，但这些方法都没有考虑到很多树突形态的细节，忽略掉很多其他的参数。分析spine的形态也是如此，过去大家都只算spine数目，没有分析spine

的形态和免疫荧光染色的亮度，我很高兴看到这次于翔组的同学报告里分析了spine染色亮度的信息，这就是进一步分析方法的创新。在座的刚刚开始研究的同学都可以尝试着对现有的分析方法做改进。还有另一种情况，你听到了其他领域的研究报告时也可能得到灵感，把其他领域的分析方法用到你自己的工作上，这种方法在你的研究领域中可能从来没有人使用过，这也就是你的创新。

回顾式的创新研究

寻找到新的东西、观察到新的现象、获得新的知识，发明新的方法，这无疑都是创新，我称之为前瞻式（prospective）创新。但还有一种创新，是现在很少人去做的一种创新，我称之为“回顾式（retrospective）”创新。听了今年年会的交流，我觉得大部分研究工作与欧美实验室相比，并没有太大的差异，都属于前瞻式研究, 有竞争性，但不见得能够竞争得过他们。欧美一流的实验室往往拥有很好的资源、设备、学生和环境，假如你是刚刚踏进这个研究领域的新人，要和这些实验室竞争，你就处在劣势之中。这时候，你不妨试试我所说的“回顾式的研究”。就是用新的方法、新的技术去研究老的问题。你不一定要提出新的理论、发现新的现象，你可以针对过去别人已经观察到的现象，用新的方法去重新研究（re-investigate）。如果你使用了新的分析方法和技术，把一个存在争论的老问题解决，这也是创新。甚至我们可以研究教科书上的问题，很多教科书上的理论或假说都是根据几十年前的实验得到的结论。当时的实验技术与现在相比可能落后得多，得到的实验数据也可能比较粗浅、不可靠。但这些理论或假说因为写进了教科书，也就没有人再去检验它们的可靠性了。现在你可以用新的方法去设计实验，重新研究这些问题，去检验它们是否正确。虽然基本上是在重复别人的实验，但用了新的方法。我相信有50%的机会，你的实验结果可能验证了原先的假说；也有50%的可能，你的结果与原先假说所预期的相反。我们都知道教科书上的内容，很可能有50%是错误的，最终会被重新修正，只是我们现在不知道是哪50%而已。重新研究这些经典的问题，是没有人竞争的工作。很多人认为经典的问题，很多年前已经研究过了，现在再重新研究是自找麻烦，再说大家都喜欢新的东西，没有人愿意去重复别人的实验，认为重复别人的实验没有credit。但是用新的方法重新研究经典问题，很有可能把这一问题重新翻新，是一件很重要的工作。

这种回顾式的研究和前瞻式的研究一样，是属于创新的范畴。科学的发展就是不断地修正现有的假说和理论。当新的知识和新的现象不断地积累，不符合现有假说和理论的现象将会越来越多，达到一定程度后，我们就必须修改现有的假说和理论，这就是Thomas Kuhn所说的paradigm shift。但是，paradigm shift往往需要等待新知识慢慢地积累，到了一定程度后才非改不可，而我说的回顾式的研究方式，直接去冲击和验证我们现有假说和理论的实验基础，直接去寻找基础是否有破绽。这种研究可能可以进一步巩固现有的假说和理论，也可能推翻了它们。假如你的实验结果能巩固这些现有的假说，你提供了新的证据，是可以发表一篇重要的论文。相反，假如你的证据与现有假说不合，那你就中奖了，很可能对科学进展有重大的贡献。这种“回顾式研究”我至少已经谈了十年了，我一直强调用新的设计来研究经典的假说，是初始研究工作者一个很好的策略。因为这种研究是不需要与人竞争的，又同时有机会做出重要的贡献，甚至重新开启一个研究领域。以我自己的实验室为例，我们有好几项的工作就是重新研究一些经典的假说，比如 Hebb假说，得到了一些很有意思的结果。

要做有重要性的创新工作

所以，创新有很多形式，不是一定要“新”。而且“新”的工作不一定就是有意义的。我们每个人都是在做原创性的研究工作，原则上都是新的工作。我们年会上交流的工作，都是新

的工作，都是别人没有做过的实验，但是不是都是有意义的有重要性的创新工作呢？我认为大部分不是！因为我们的工作都是在追随着欧美现有的研究趋势，常常只是验证大家公认的假说，增加一点枝节。这种工作缺乏成为重要创新工作的潜力。为什么？因为你研究的问题不是重要的未解决的问题。有重要性的创新工作常有“令人惊讶”、“受人瞩目”的成份，要使看到你结果的人会说“哎呀我怎么没想到这样做呢？”。为什么大家会惊讶，因为你的工作不是大家原先可预料的。

真正有意义的创新工作必然是去研究那些重要的、未解决问题。什么是重要的未解决问题呢？我认为有两种，其中一种是我们大家都知道的目前能够解决的重要问题，只是需要时间、人力和物力而已。比如说90年代对人类基因组测序，大家都知道这是重要的问题，而且可以被解决，只是那时候测序的机器没有现在好，需要投入大量的人力、物力和时间去测序。现在神经科学的研究也有这样的重要的未解决问题，相对于基因组学（genomics），所谓 “连接组学”（connectomics），就是去搞清楚脑内所有的神经环路。理论上我们可以用3D 重建大量的电镜切片资料去描绘脑内所有的神经元连接网络，以现有的技术条件，需要投入大量的人力、物力，最终是肯定能成功的。你知道了这是个未解决的重要问题，你是否去解决这个连接组学的问题呢? 现在国外很多单位都准备研究这个问题, 中国要做这方面研究，也是可以的，只要你有资源，努力去做就可以了。但是我认为这虽然是一个重要的问题，但并不一定是现在最好去做的问题。人类基因组测序结果出来了以后，并没有解决什么重大问题，还是需要对基因功能的深入研究，这些测序结果才能发挥功能。

第二类的重要问题是那些还没解决、但缺乏足够线索，不知如何下手的重要问题。有些问题有线索，可以着手去解决，但将会十分困难和冒险，并一定可以成功。比如说工作记忆问题、语言问题、认知问题，甚至更复杂一点的意识问题，都是重要的问题。还有就是有关理解人类大脑、那些有人类独特性的现象，都是非常重要的问题。我们缺少足够的线索，缺少有效的方法去解决这些问题。如果你能发挥你的聪明才智，找到一些办法，就有可能解决这些非常重要的科学问题。

如何选择一个重要的问题

知道了一些未解决的重要问题，但又如何去选择做哪个问题呢？这里我想引用Peter Medawar的话。Medawar是一位免疫学家，诺贝尔奖得主，我认为他是20世纪最有智慧的生物学家。他一生写过很多书，我们的阅览室就有一些，我再次推荐大家去阅读，书中充满智慧。他曾经说过：“Science is the art of soluble”，他的意思不只是说科学是解决问题的艺术，更深一层的意思是：“科学是找寻在现有条件下有可能解决的问题的一种艺术”（science is the art of finding a problem that is “soluble” at this time）。怎么去选一个在现有条件下可以被你解决的重要科学问题呢？这不是几句话可以讲清楚的，是要学一辈子的。而且每个人性格不同、选题时都有各自的风格、独特的方式。一般来说，在选择问题时，都会有一些线索，根据这些线索，有的人就愿意去做一些冒险的研究，而有的人则选择做风险低的研究。当你面对一个很难的科学问题，你会犹豫这个问题在你手中是不是可以被解决？假如你觉得有信心可以克服现有条件的不足，解决现有的研究瓶颈，你就可以冒险选这一问题。胡适在讲考证的时候，说过要“大胆假设、小心求证”，其实我们做科学也是一样。要做真正的创新研究你就要敢做别人不敢做的事。这就好比探险，要走出新的道路，探险的过程中必定要冒险，不然就不是探险了。不冒险就找不到新的道路，也找不到宝藏。所以要大胆假设，大胆地提出你的研究假说，大胆的提出你的研究目标，然后想办法实现。

说到大胆假设，我常说：“生物体系中，任何你能想象得到的，对生物体是有用的，而不违

反物理化学原理的机制，都有可能被生物体应用”。（In biology, any mechanism you can imagine, as long as it is useful to the organism and does not violate physical and chemical principles, is likely to be utilized by the organism）。这是因为生物机制的演化是经过了一个非常长的时期，因此当这些生物体确实真正非常有用时，很可能最终被演化挑选保留下来。所以你可以天马行空地想象各种各样的假说，只要是合理的假说，不违基本物理化学原理的假说，你都可以去研究，这就是大胆假说。这句话我说过了很多次，但我不记得是我听别人说过的，还是在哪本书上看到的，还是我自己体会到的。我一直希望能够找到这句话的出处，一直找不到。既然找不到，我就暂时说这是我自己的格言(Poo’s dictum)。

我们常常不能够说清楚某个“想法”（idea）是从哪里来的，这是很重要的一件事。每个人都想宣称自己拥有某个想法的”知识产权”。但科学上的想法很难去明确搞清楚是谁先想出来的，你很难搞清楚你的想法是在和别人交流时别人告诉你的，还是别人告诉你一半，你自己想一半，或者是在交流时突然出现在你脑中的灵感。所以我认为在科学领域里，谈知识产权没有意义，假如每个人都想要知识产权，那就天下大乱，科学界也就没有自由的交流了，科学的进展将会受到极大的阻碍。过去20世纪科学的高速进展很大程度上是靠自由的科学交流。但到20世纪八、九十年代，生物研究被商业化了，搞得现在乌烟瘴气，21世纪如果还是这样的话，科学发展要走下坡路的。

怎样学会创新

作为刚入门的研究工作者，如何去学会创新？我有一些想法，在SIBS 上课时讲过一些，现在我要再讲一遍。

第一，知道一件创新工作是如何做出来的比知道这件工作是什么更重要（Knowing how an innovative work was achieved is more important than knowing the work）。要学习、了解别人的创新工作，只读别人的论文是不够的。别人为什么会想到做这项研究工作，他的论文中是不会详细写的。现在的科学论文都是重新组织包装过的，看上去都是很自然的提出了某一假说，做了一系列实验去验证这一假说，最终得到了结论。但是，很多重要的发现都不是在原来预料之中的，但作者不会在论文中告诉你，这是现代科学八股文造成的后果。其实我们是有机会知道创新工作的来龙去脉，我们经常有一流的科学家来访问，我鼓励大家多提问题。下次如果交流的时候冷场，没有人问问题，你就可以问一个标准的问题，“你为什么会想到做这个工作?”。你会得到最有意思的答案，他会说：“啊，这问题好。我们原来在做某个实验，结果发现了另一个现象，最后我们改变了方向，最终做出了现在的工作”。所以要知道别人做出创新工作的过程，你必须积极地去寻找、去发掘。这就是安排大家和来访学者共进午餐的原因，就是让大家能有机会问他们这样的问题。

要全面地了解一项创新研究工作，要了解5个W: What, Who, When, Where, Why。第一个W就是研究工作本身，后四个W就是这项研究工作的历史。了解每一个创新工作的5W，知道创新工作是怎么做出来的，会有一种潜移默化的作用，当你面临类似的情况时，你就能做出合适的选择，最终做出创新的工作。知道重要创新工作的来龙去脉很重要，而这在论文中是没有的。描写重要研究工作历史的书籍很多，我也推荐给大家很多本相关的书籍。今天的研究生报告一等奖也是这一类书，是我保存了30年的一本《The Eighth Day of Creation》（1979年原版）。

第二，知道怎样去探索事实比知道这些事实更重要（Knowing how to find the facts is more important than knowing the facts）。现在有太多你不需要知道的信息，知道太多的信息反而

对你不利，现在已经有信息过载（information overload）的问题。太多的信息往往会限制你的创造力，因为你得到的每个信息好像都是事实，每个人都非常肯定地说我发现了这个、发现了那个。结果你得到一大堆信息后，反而思路被局限住了，被抑制了，最终什么工作都不敢做，都做不成。所以不要拼命地下载并阅读所有跟你工作可能有关的论文，尤其是低年级的同学绝对不要这样做。在开展研究工作之前，先读几篇综述论文是重要的，但不要去读所有的论文。在你研究过程中，有需要的话再去读论文，千万不要一天到晚在那里下载论文，这就像吸烟一样对你有害。没有选择性的阅读有碍健康。

第三，知道怎样叙述一件工作比知道这件工作更重要（Knowing how to present the facts is more important than knowing the facts）。人类的思维很奇怪，一定要训练自己讲出来，而讲的过程中就是整合的过程。很多信息存在脑里，你不同别人讲，不表达出来，你就没有整合。口头报告就是一种整合，把你的工作的因果关系线性地表达出来，什么内容先说，什么后说，什么不用说, 这是非常重要的科学训练，是你必须要掌握的一种能力。假如你不能够很好地表述一件工作，那你就是对这件工作知道得不够彻底。再说科学是一种社会现象。把我关在一个孤岛上，给我无穷的资源去做任何我想做的研究，但不允许我跟别人交流。那么我就不会选择去做研究，我宁愿整天去晒太阳，因为我研究出的东西需要别人共享，我的工作才能成为科学界的一部分，你才会觉得自己的研究是有意义的。所以一定要和别人交流，闭门造车，埋头做实验，没有交流是不好的。科学研究中很多乐趣就在同别人的交流过程中。

第四, 知道什么是未知的比知道什么是已知的更重要 (Knowing what’s unknown is more important than knowing what’s known)。要知道什么是没有解决的问题是很重要的。当然，我前面还讲过，你不仅要知道什么是没有解决的问题，你还要知道哪些是可以被解决的。所有现在的知识都是不完整的，可靠性都是有问题的，下一步的科学研究就是要解决这些问题，要么把有疑问的知识修正，要么是有新的发现，把理论补充完整。要知道什么是未知的，阅读综述论文是很重要的。即使你读综述论文，你也要有选择性。你可以问你的老师，哪个综述杂志是最好的，某篇综述的作者是不是在这个领域很有经验，对这个问题有一个全面的了解。有很多综述论文有几百条参考文献，其实参考文献越多，这篇综述可能越糟。因为作者不知道怎么选择，他把所有可靠的和不可靠的论文都引用，这样不会得罪人。而真正好的综述论文是把重要的问题提出来，然后清楚地总结出什么是已知的，什么是未知的。往往有很多东西好像是已知的，但作者说还是未知，现在还有争论。

最后，知道如何自我教育比找到一个可以教育你的人更重要（Knowing how to educate yourself is more important than finding someone to educate you）。我们常常抱怨我们没有很好的科研环境，没有Cavendish Lab的环境，那里有许多诺贝尔奖得主，有大师指导，你进去就有机会拿诺贝尔奖。但是时代进步了，我们不再需要这些”大师”在我们身边了，为什么呢？因为现在信息传播发达，很容易找到第一手的资料。每一个著名的大师都有写出来的东西告诉你怎么去做创新工作，这些资料都是经过这些大师们仔细思考过的、都是精华。读这些资料比这些大师在你身边讲更清楚。我们的阅览室就有很多这样的资料，还有很多大师的自传，描写了他们是怎样取得重大发现的。如果你需要大师的指导，你可以去读书。如果你不想读书，只想上网，那可以去http://wendang.chazidian.com这个网站。访问过这个网站的同学请举手，喜不喜欢这个网站？??还不错，不少同学上过。凡是对科学有兴趣的人，一旦访问过这个网站，就会被吸引住。在这个网站上有许多对大科学家的访谈，在访谈过程中，他们会告诉你怎样做出重要的发现。