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一些科學小實驗的過程及原理

生活 更新时间:2024-12-12 05:38:56

作者 | 倪思潔

陰性!所有的實驗結果都是陰性的。

合上實驗記錄本,華東師範大學教授張巍和他的博士生有點沮喪。

他們想證實一個名叫“ADAMTS—18”的基因具有抑制乳腺癌的作用,但耗時近兩年,還是“失敗”了。

陰性結果的實驗,是科研人員最不想經曆但又無法避開的。1963年,科學哲學家卡爾·波普爾在其著作《猜想與反駁:科學知識的增長》中感慨:“證僞常常被視為一位科學家的失敗,或者至少是他的理論的失敗。”

一陣沉默之後,張巍重新翻開實驗記錄本:“要不……看看這些陰性結果能不能發表?”

此時,有兩個聲音在他腦海裡回蕩。一個聲音幹脆利落:“我們可以把陰性結果告訴大家,這樣别人就可以避免走彎路了。”另一個聲音有點遲疑:“陰性結果能發表出來嗎?”

“另類”期刊

2015年,在實驗徹底“失敗”後,張巍和博士生們抱着試一試的心态,搜索了可以發表陰性數據的平台。他們發現了施普林格·自然旗下的《生物醫學陰性結果雜志》(Journal of Negative Results in BioMedicine,JNRBM)。

JNRBM是國際上較早嘗試專門發布陰性實驗結果的期刊之一,它是在“潮流”中誕生的。

2002年前後,學術出版界掀起了一股反對出版偏見(publication bias)的潮流,很多像JNRBM一樣支持發表陰性結果的“另類”期刊相繼出現。

由于“另類”,這類期刊最初面臨了很多質疑。2002年,JNRBM編輯部在“緻讀者信”中提到有人質疑“發表陰性結果有什麼意義”“發表這些結果不是會讓我的對手受益嗎”。

但編輯部态度堅決:“我們強烈認為,這些基于嚴格實驗和全面記錄的觀察和結論應該發表,以便他人讨論、确認或反駁。”

當時,同樣誕生于“潮流”之中的還有《支持零假設文章期刊》(Journal of Articles in Support of the Null Hypothesis,JASNH)。

刊如其名,它發表的是“證明零假設正确”的論文,零假設是做統計檢驗時的一類假設,是為了證明其“錯誤”而提出的虛拟假設;反之,支持零假設正确的論文往往被認為是“失敗”的。

為表明成立初衷,JASNH官網首頁上一直挂着:“我們試圖改變偏見……如果沒有這樣的平台,研究人員可能會浪費時間去研究已經被研究過的經驗問題,而我們收集這些文章并免費提供給科學界。”

JASNH以在線出版的方式活躍至今,每年更新9篇左右陰性結果論文。“我們一直在尋找實驗做得很好,但結果以無效告終的研究。”

JASNH編輯、美國得州農工大學教授Stephen Reysen在接受《中國科學報》采訪時說,良好的樣本量、良好的方法和适當的統計分析是審稿人最看重的。

這些“另類”期刊的編輯習慣于将自己所在的期刊與不支持陰性結果的期刊劃成兩派,并把後者稱為“傳統期刊”。

但實際上,無論是JNRBM還是JASNH,它們和“傳統期刊”在出版模式上都有很多共同之處,比方說有嚴格的同行評審環節。

“每篇論文必須經過至少兩位同行的匿名評審。”Stephen Reysen說。

2015年10月14日,在對陰性結果發表平台及其論文評審過程有了大緻了解之後,張巍和學生們做了一件國内學者很少做的事——他們把陰性實驗數據整理成文,投給了JNRBM。

敞開的門又關上了

7年後的今天,張巍依然清晰地記得那次投稿經曆。“我對這本期刊的印象蠻好的。”張巍說,從審稿過程中,他們能感覺到,評審人對陰性結果沒有“歧視”。

稿件提交三周後,他們收到了評審意見。匿名評審人提出了一些修改意見,并認為他們的研究是“有趣的”。經過三輪打磨和修改,論文于2016年1月被接收,2月正式在線發表。

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張巍論文截圖

“他們很嚴謹。即便是陰性結果,隻要你能證明它确實是陰性就行。”張巍說。

然而,令張巍意想不到的是,論文發出來的第二年,JNRBM停刊了。

2017年9月1日,JNRBM編輯部宣布停刊,并聲明停刊是因為“JNRBM已經完成其使命,不再需要用特定期刊來承載這些陰性結果”。

可是,“使命”真的完成了嗎?

張巍等人的陰性結果正式發表之後,他們幾乎沒有收到同行反饋。“這是因為研究ADAMTS—18的人本來就特别少,從2002年這個分子被首次發現至今已有20年了,但論文隻有67篇。”張巍說。

在自我安慰的同時,他不得不接受另一個現實——科學界将陰性結果視為“失敗”的偏見并沒有太大改觀。

“每個實驗裡都有很大一部分結果會是陰性的,哪有那麼多陽性結果?但大家都希望看到陽性結果,全陽性的結果可能意義和啟示會更大。說白了,一般大家檢索文獻的時候不會太看陰性結果。挺無奈的。”張巍說。

與此同時,出版界對陰性結果的出版偏見也沒有太大改觀。

作為多家國内外期刊的主編、副主編、編委,中國科學院大學杭州高等研究院生命與健康科學學院執行院長吳家睿告訴《中國科學報》,如果收到報告陰性結果的論文,編輯通常是不喜歡發表的。

“所有的結論都要被科學證據支持,如果沒有足夠的科學證據(證實你的預期),那你這個文章想要發表,就隻有一個地方——預印本。”吳家睿說。

然而,缺少同行評議環節的預印本,本身就争議重重。2021年,澳大利亞研究委員會(Australian Research Council,ARC)曾拒絕了多項資助申請,理由是這些申請引用了預印本等未經同行評審的材料。

不是失敗的“失敗”

就像JNRBM不是唯一一個誕生于2002年的“另類”期刊一樣,它也不是唯一一個在2017年停刊的。

在它停刊之前,另一本“另類”期刊——愛思唯爾旗下的《植物科學中的新陰性》(New Negatives in Plant Science,NNPS)雜志,在僅“存活”了不到3年後就正式停刊。

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NNPS封面(上)和其在2016年9月發的停刊預告截圖。

“我們停刊是因為很少有論文能被接收發表。”NNPS的編輯、華盛頓州立大學傑出貢獻教授Thomas W.Okita告訴《中國科學報》,當時他們每個月收到3至7篇論文,但最終能被審稿人認可的寥寥無幾。

回看NNPS出版的幾期雜志,可以發現,它從一開始就步履維艱。首期雜志的編輯部文章坦承:“為了第一期這7份論文,我們花了将近兩年時間。我們發現……科學共同體很難去調整那種隻接受陽性結果的心态。”

其實,單從态度上看,科學家并非不接受陰性結果。多位科學家在接受《中國科學報》采訪時都表示自己不認為“陰性結果”是一種“失敗”。

他們認為,“陰性結果的提示作用也很大”“有一些所謂‘失敗’的陰性結果其實有很高的發表價值,它們可能創造颠覆既有理論的契機”“能通過同行評議的陰性結果具有公開發表的價值”“公開陰性結果至少可以向同行表明此路不通”……

“成敗是基于價值的判斷,對錯是基于事實的判斷,二者不能混淆。”吳家睿認為,科學假設如果得不到實驗數據的支持,就形成了陰性結果,陰性結果隻能說明理論預期錯了,不代表實驗的失敗。

湖南大學物理與微電子科學學院教授文雙春也認為,科研上沒有失敗,從未“失敗”的科研才是失敗的。

“正如著名物理學家費米對他的學生所言,能夠成功證實假設的實驗是一次測量,而不能證實的是一個發現,是對新的無知的發現。”文雙春說。

然而,盡管很多人願意相信“陰性結果”不等于“失敗”,現實卻給了他們一記耳光。

“大家都有時間和經費的壓力,不願意再多花時間把這個陰性結果發表出來。前期看到都是陰性的話,大家就不願意再做下去了,沒有必要再耗下去。”張巍說。

在NNPS出版人Emma Granqvist的署名文章《從新的角度看待研究》後面,一位國外網友留言這樣說:“沒人會為陰性結果買單,哪怕它們真的非常有價值。”

有人為陰性結果“買單”嗎?

近年來,在我國,“寬容失敗”和“從0到1”“原始創新”一起,成為科技政策中的高頻詞彙。哪些“失敗”可以被寬容,也成為科學家和科研管理者共同關心和嘗試厘清的問題。那麼,有人會為陰性結果“買單”嗎?

“寬容失敗不能泛泛而談,否則會被一些人用作騙取科學基金或科研不作為的擋箭牌。”在中科院院士、浙江大學教授楊衛看來,科研失敗就起源來講有“主觀”和“客觀”兩個方面,就主觀緣由來講,有主觀欺詐、不作為、能力不夠、選題冒進、執着目标等類型,這其中最後一種是可以被寬容的;就客觀緣由來講,有問題難度超過想象(超過所在時代的技術能力)、投入不夠、選題判斷失誤等類型,這其中大多數是可以被寬容的。

他認為,可以被寬容的失敗,一般是那些主觀動機良好,但是最後由于客觀條件不夠而造成的失敗。科研人員經過努力得出陰性結果的“失敗”是可以被寬容的。

憑借多年科研項目管理經驗,楊衛在評價我國科研項目對失敗的寬容度時表示:“國家科研項目有兩類,一類是攻堅類項目,另一類是探索性項目。其中,攻堅類項目采用指标導向的評價方式,動态管理,對失敗的寬容度較低,如果未達預期階段性指标,項目就有可能被滾動出去;而探索性項目對失敗的寬容度比較高。”

探索性項目對于失敗的寬容,主要體現于項目考核機制。楊衛表示,以國家自然科學基金為例,基金委對探索類項目的考核多采取宏觀考核,即看一類項目而非單個項目的投入産出,如果一類項目中的每一個項目都要求成功,那就說明這類項目的目标定得太保守,但如果成功率隻有50%,說明目标定得可能有些冒進。

“基金委一年會支持幾萬個項目,主要依靠指标來管理的攻堅類項目可能隻有幾百項,其他的都是對失敗寬容度較高的探索性項目。”楊衛說。

既然如此,使科研人員很少公開發表陰性結果的壓力究竟來自哪裡呢?

作為多個國家自然科學基金面上項目課題負責人,張巍認為,壓力并非來自項目本身的考核,而是來自項目申請時的競争。

“申請項目時,别人要看你前期的工作基礎,如果整個基礎都是陰性結果,别人就不會給你資助。項目競争性很強,所以(陰性結果)容易(使項目申請)受影響。”張巍說。

楊衛也表示,項目的陰性結果的确會影響到下一次基金申請的命中率,“基金申請時競争性那麼強,而且項目申請書有一欄要求寫明前一個項目的結題情況,如果前一個項目沒達到預期目标,申請書就‘不好看’”。

如何寬容值得被寬容的?

如今,張巍仍在繼續堅持研究ADAMTS—18基因。在那篇陰性結果論文發表之後,他轉而研究該基因在發育過程中的作用。

盡管他還是會不斷地遇到陰性結果,但他之後再也沒有在正式刊物上發表過陰性結果的論文。“我們的實驗都要經過三次重複或多角度證明,如果它确實是陰性的話,我們就不做了,我們會想辦法往陽性結果去努力。”張巍說。

對成功的追求,存在于包括科學在内的所有領域。“在任何領域,我們都更關注成功而很少關注失敗。甚至連成功的第二名我們關注得也不多。”清華大學科學史系副教授胡翌霖說。

科學對成功的追求同樣與生俱來。“科學就是‘成功’的知識。”文雙春說,“科學是關于我們周圍的一切及人類自身的成體系且可檢驗的知識。‘可檢驗’意味着科學本身就是一個個‘成功’的大集合,那些已經進入這種大集合的‘科學’一旦被證明不可檢驗或不可重複,馬上就會被清除出去。”

那麼,那些在通往成功之路上必定會遇到的、值得被寬容的“失敗”,怎樣才能真正被寬容、被正視、被尊重?

有專家認為,我們需要反思制度,讓成功的标準更加多元。

“我們需要的是更多元的激勵體系。”胡翌霖建議,不要讓太多的科研基于官方項目或基金開展,而應該開創多元的激勵機制,包括但不限于無條件給予科學家自主支配的資金、由院校科研機構自行管理的資金、由第三方民間團體監督的基金、由企業家引入的資本,等等。

也有專家認為,我們需要反思文化,重塑現有的失敗觀。

文雙春非常贊同哥倫比亞大學生物學教授、《無知:它怎樣驅動科學》作者斯圖爾特·法爾斯坦提倡的“失敗得更好一點”。

法爾斯坦在書中寫道:“失敗得更好一點,意味着當你知道如何成功時避免成功;意味着超越顯而易見的,超越你所知道的,超越你知道如何做的。再嘗試一次,但不是為了成功。這才是科學家們應該持有的非同尋常的失敗觀。”

“這樣的失敗觀對取得‘從0到1’和原始創新的研究成果尤其重要。”文雙春說。

清華大學科學史系教授劉兵告訴《中國科學報》:“現在已經有人意識到,是不是可以寫一寫‘失敗’的曆史。”

正如波普爾所言,“每一次證僞都應該被視為一次巨大的成功……即使一個新理論早逝,也不應該被遺忘;我們應該記住它的美麗,曆史應該記錄我們對它的感激之情。”

在不久的将來,張巍們經曆過并正在經曆着的“失敗”,是否真的能在科學的曆史中留下痕迹?

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