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科学研究:再现与复制 精选

已有 5604 次阅读 2022-6-12 08:19 |个人分类:科学星辰|系统分类:观点评述

科学研究:再现与复制

周 健

   大约在半个世纪前,就有研究人员注意到了“再现危机”(Reproducibility Crisis)的问题。在2005年,Ioannidis就发出了“为什么大多数(生物/医学)已发表的研究结果都是错误的?”的疑问。2015年他报告说,在计划再现的50个癌症研究结果中,47个无法再现。同年,心理学家Nosek也指出,许多在心理学期刊上发表的研究(包括他自己的)都不能再现。与“再现”相对应的另一个关键词是“复制”。后者依然是一个重要问题。在中国,多年前发生的一位研究人员发表在《自然》子刊上的关于基因剪接工具的论文最终被撤稿的事件,也引发了学术界对“再现危机”的关注。


   何谓“再现与复制”?美国国家科学院在2019年的一份报告中指出:“再现”是指某个研究结果的原始研究人员(或另外的研究人员)采用与原始研究相同的条件、环境、数据、原理和方法,进行与原始研究所有流程完全一致的研究,并得到与原始研究相同的结果,这一过程称为“再现”,或者说这项原始研究具有可再现性。“复制”是指另外的研究人员尽可能依据原始研究的原理和方法,采用相应的条件、环境,采集新的数据,进行新的研究,得出的研究结果与原始研究结果一致或更优的过程,换句话就是这项原始研究具有可复制性。


   在讨论导致再现危机和科学成果无法复制的原因时,Peels在2019年写道,其中包括(1)欺诈、伪造和剽窃,(2)可疑的研究实践,部分原因是不健康的研究系统的出版物,(3)人为错误,(4)条件和环境的变化,(5)缺乏有效的同行评审,(6)研究缺乏严格性。同时,美国国家科学院的报告也说:“由于本质的内在可变性和测量装置的局限性,结果被概率性地评估,而科学发现过程无法提供绝对的真理或确定性。” Leichtmann (2022)在一篇文章中写道:“研究是由人类研究人员进行的,他们是社会世界的一部分,因此他们的工作也受到价值观、目标和理论假设的驱动。”由此可见,要充分保证科学研究成果的再现与可复制,并非易事。


   然而,Stodden说:复制,即独立实施科学实验来验证特定发现的实践,是发现科学真理的基石。美国国家科学院的报告也指出,可再现性和可复制性是获得科学知识信心的关键途径。可比结果的重复发现往往证实原始科学结论的真实性,并且出于同样的原因,重复失败使原始结论被怀疑。这一过程可以确认和扩展存在的知识,也可能颠覆以前的知识,用对自然世界的更准确的科学理解取代它。科学事业依赖于科学界仔细审查科学主张的能力,并随着时间的推移,对能够经受住反复测试的结果和推论获得信心。当一项科学研究成果成为政策的基础,或对人类的福祉产生直接或间接的影响时,科学的可靠性就不仅仅是一个学术问题了。因此,提高科学研究成果的可再现性和可复制性是一个无法被忽视的话题。


   如何提高科学研究成果的可再现性和可复制性?

   第一,美国国家科学院的报告指明了重点。在整个过程中,重要的是数据和方法的共享,以及不确定性的估计、描述和报告。报告科学结果的不确定性是科学过程的核心原则,科学家有责任传达适当的不确定程度的不确定性。


   第二,加强对研究人员伦理道德观念及法规制度的教育和引导。美国国立卫生研究院曾经指出,科学研究是基于日常生活相同的伦理价值观,包括诚实、公平、客观、开放、值得信赖和尊重他人。“科学标准”是指这些价值观念在研究中的应用。例如,对分享研究材料的开放程度,对审查拨款提案的公平性,对同事和学生的尊重,以及对报告研究结果的诚实程度。


   第三,强化对研究过程全流程的管理,各种记录要完整、准确、可核查。(1)明确地分离、标记和记录所有发生在数据和文件上的数据、文件和操作。(2)完全记录所有操作,尽可能地自动化它们,并在可行时避免对工作流进行手动干预。(3)将工作流设计成一系列粘在一起的小步骤,将一个步骤的中间输出输入到下一步作为输入。


    第四,相关报告要详尽,规范、确切。例如:(1)清晰描述研究中涉及的所有方法、工具、材料、程序、测量和其他变量;(2)对数据分析和决策的清晰描述,以排除某些数据并包括其他数据;(3)对于依赖于统计推断的结果,分析决策的描述,这些决策何时做出,以及研究是探索性的还是验证性的;(4)对一般性的预期约束的讨论,例如作者认为哪些方法特征可以在不影响结果的情况下变化,哪些必须保持不变;(5)精度或统计能力的报告;(6)对测量、结果和推断的不确定性的讨论。


   第五,严厉打击“科学不当行为”。(1)捏造:编造数据或结果。(2)伪造:操纵研究材料、设备或过程,或改变或省略数据或结果,从而使研究不能准确地出现在研究记录中。(3)剽窃:盗用别人的想法、过程、结果或词语。


    第六,敦促科学研究系统中的其他利益相关者,采取相应的行动,支持和监督相关人员或组织,实践提高科学研究成果的可再现性和可复制性的系列措施。


                                  二0二二年六月


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