科學(xué)研究的常規(guī)流程是先提出問題，做出假設(shè)，再進(jìn)行驗(yàn)證，這正是日間科學(xué)的范式。然而，在本文作者看來，這一模式有自己的不足——假說可能會成為一種負(fù)擔(dān)（或累贅）。他們通過自己設(shè)計(jì)的大猩猩實(shí)驗(yàn)及自身科研經(jīng)驗(yàn)提出，過于專注特定假設(shè)會使研究者忽略數(shù)據(jù)中潛藏的內(nèi)容，甚至可能導(dǎo)致過早放棄數(shù)據(jù)。夜間科學(xué)則克服了這一不足，更自由和開放地探索，能幫助研究者發(fā)現(xiàn)意料之外的線索。日間科學(xué)與夜間科學(xué)兩者相互彌補(bǔ)，堅(jiān)持探索，方能發(fā)現(xiàn)新的可能。過往系列文章見《夜間科學(xué)》。

這篇文章發(fā)表后引發(fā)了學(xué)界討論。幾位杰出科學(xué)家撰文反駁了這篇文章的主要觀點(diǎn)，而本文的兩位作者又刊文辯駁，并再次迎來另一方的回?fù)簟ａ槍茖W(xué)假說的概念和作用，兩方交鋒兩個(gè)回合?！斗禈恪穼⒑罄m(xù)刊文介紹雙方主要論點(diǎn)。

撰文 | Itai Yanai、Martin Lercher

翻譯 | Kestrel

“悉達(dá)多說，‘當(dāng)一個(gè)人在尋覓時(shí)，容易出現(xiàn)的情況是，他的眼里只看得見他所尋求的東西，所以他發(fā)現(xiàn)不了其他任何事物，結(jié)果一無所得。[…] 尋覓的意思是：有一個(gè)目標(biāo)。而發(fā)現(xiàn)意味著：自由，開放，漫無目的?！?/p>

——赫爾曼·黑塞（Hermann Hesse）

提出一個(gè)假說（或假設(shè)，hypothesis），有其隱藏成本。它源于夜間科學(xué)和日間科學(xué)之間的關(guān)系，這是對科學(xué)觀念產(chǎn)生和驗(yàn)證所采取的兩種非常不同的模式。手握假說時(shí)，日間科學(xué)的強(qiáng)大力量得以釋放，引導(dǎo)我們設(shè)計(jì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，估計(jì)參數(shù)，而當(dāng)假說無法解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，我們便將之丟棄。分析一個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果時(shí)，我們的精神聚焦于某個(gè)特定的假說，但這可能會妨礙我們?nèi)ヌ剿鲾?shù)據(jù)的其他特征，進(jìn)而使我們錯(cuò)失新的思想。對于任意的夜間科學(xué)探索，假說反而成為了一種負(fù)擔(dān)（或累贅）（譯者注：文章原文為liability，本文根據(jù)語境翻譯為麻煩、障礙和不利因素等）。在假設(shè)驅(qū)動的研究中，我們主動給創(chuàng)造力強(qiáng)加上了相應(yīng)的限制，這在現(xiàn)代生物數(shù)據(jù)集的背景下尤為值得關(guān)切，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)集往往規(guī)模海量，很可能蘊(yùn)藏著多個(gè)獨(dú)特且激動人心的新發(fā)現(xiàn)。然而，夜間科學(xué)也有其自身的麻煩，就是會產(chǎn)生許多站不住腳的關(guān)系和子虛烏有的假說。幸運(yùn)的是，它們能夠在日間科學(xué)的光芒下顯露無遺，這也凸顯了兩種模式的互補(bǔ)性——它們彼此能夠克服對方的不足。

大猩猩實(shí)驗(yàn)

許多人記得那個(gè)著名的關(guān)于選擇性注意力的實(shí)驗(yàn)，其中被試要觀看一段學(xué)生們互相傳遞籃球的視頻。如果你沒看過，建議先看看再繼續(xù)讀這篇文章。【前往“返樸”公眾號觀看視頻】

在觀看兩隊(duì)行動的時(shí)候，你的任務(wù)是數(shù)白隊(duì)隊(duì)員傳球的次數(shù)。整個(gè)過程到一半時(shí)，一個(gè)扮成大猩猩樣子的人會進(jìn)入視野中，并在隊(duì)員中間停下來，用拳頭捶打胸膛，然后從鏡頭畫面另一側(cè)離開。令人驚訝的是，有一半的被試完全沒有注意到大猩猩，因?yàn)樗麄儗Ｗ⒂跀?shù)傳球次數(shù)，而如果在沒有任務(wù)的情況下觀看視頻，不太會有人忽視這個(gè)大猩猩。

我們就琢磨，會不會在我們分析數(shù)據(jù)集的時(shí)候也有類似的情況。我們大腦專注于特定的假設(shè)，是否會阻礙我們發(fā)現(xiàn)新東西？為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，我們虛構(gòu)了一個(gè)數(shù)據(jù)集，然后讓學(xué)生去分析。數(shù)據(jù)集包含1786個(gè)人的身體質(zhì)量指數(shù)（Body mass index，BMI）與每個(gè)人在某一天中所走的步數(shù)，被分為兩份文件，男女各一份（圖1a）。學(xué)生則被分成兩組。我們讓第一組的學(xué)生考慮三個(gè)特定假設(shè)：（i）男性和女性的平均步數(shù)存在統(tǒng)計(jì)顯著性差異；（ii）女性的步數(shù)和BMI之間呈負(fù)相關(guān)；（iii）男性的步數(shù)和BMI之間呈正相關(guān)。此外，我們還問了他們是否有任何其他能夠從數(shù)據(jù)集中得到的結(jié)論。而在“沒有假設(shè)”的第二組中，我們只問了一個(gè)問題：你們能夠從數(shù)據(jù)集中得到什么結(jié)論？

數(shù)據(jù)集中最值得一提的“發(fā)現(xiàn)”就是，如果你只是簡單地用步數(shù)對BMI作圖，你會看到一只大猩猩向你招手的圖像（圖1b）。雖然我們會教授學(xué)生數(shù)據(jù)可視化的優(yōu)點(diǎn)，但回答特定假設(shè)驅(qū)動的問題并不要求對數(shù)據(jù)作圖。結(jié)果我們發(fā)現(xiàn)，受特定假設(shè)驅(qū)動的學(xué)生往往跳過了這個(gè)簡單的步驟，直接向著數(shù)據(jù)更廣闊的方面探索。事實(shí)上，總體而言，在分析這個(gè)數(shù)據(jù)集時(shí)，“沒有假設(shè)”的學(xué)生發(fā)現(xiàn)大猩猩的概率幾乎比“有特定假設(shè)”的學(xué)生高五倍（OR=4.8，P=0.034，N=33，F(xiàn)isher精確檢驗(yàn)；圖1c）。至少在這個(gè)設(shè)定下，假設(shè)確實(shí)成為顯著的不利因素。

圖1a兩組學(xué)生需分析的人工的數(shù)據(jù)集，并給其中一組關(guān)于BMI與某一天走的步數(shù)的顯性假設(shè)，另一組沒有。b該數(shù)據(jù)集的作圖。c兩組學(xué)生中是否發(fā)現(xiàn)大猩猩的列聯(lián)表（“專注假設(shè)”，“沒有假設(shè)”）。

空游非皆無所依

我們獲取數(shù)據(jù)時(shí)，通常帶著檢驗(yàn)特定假說的明確目的。但正如大猩猩實(shí)驗(yàn)所揭示的，我們一旦處于一種假說檢驗(yàn)的思想模式，我們就很可能錯(cuò)失其他有趣的現(xiàn)象。針對這一點(diǎn)，我們必須有意識地采取另一種觀念模式——一種探索性的模式，從盡可能多的視角去觀察數(shù)據(jù)。在這種模式下，我們以近乎玩味的態(tài)度對待數(shù)據(jù)，將各種元素交叉比對。我們化身探險(xiǎn)家，從一個(gè)方向啟程繪制數(shù)據(jù)地圖，在十字路口轉(zhuǎn)彎，然后跌跌撞撞走進(jìn)未曾預(yù)料的區(qū)域。

本質(zhì)上，夜間科學(xué)是一種鼓勵(lì)我們探索和猜想的態(tài)度。我們探問：什么東西可能藏在這里？要如何把它引誘出來？夜間科學(xué)可能發(fā)生在我們最放松的時(shí)候，譬如1862年的某個(gè)夜晚，弗里德里?！P庫勒（Friedrich Kekulé）在書房凝視壁爐火光時(shí)陷入夢境，直到腦海中浮現(xiàn)出分子之蛇自噬其尾的畫面時(shí)，他瞬間將這個(gè)意象轉(zhuǎn)化為苯環(huán)結(jié)構(gòu)的假說。然而，更多時(shí)候，夜間科學(xué)可能要求精神活動的最敏銳狀態(tài)：我們不但需要做出前所未有的關(guān)聯(lián)，還必須同時(shí)將其與已有的復(fù)雜圖景進(jìn)行精心比對。要發(fā)現(xiàn)我們實(shí)驗(yàn)中的大猩猩，只需要一些靈長類動物外觀的概念。但當(dāng)你在科學(xué)認(rèn)知的邊界上漫游時(shí)，你需要對一個(gè)領(lǐng)域有深刻見解，才能識別出某種模式（pattern），或者意識到其不同尋常之處。不同的科學(xué)家觀察同一個(gè)給定的數(shù)據(jù)集時(shí)，會按其略微不同的知識背景和預(yù)期來研究，這就可能凸顯不同的模式。畢竟，“看”（looking）與“看到”（seeing）是不一樣的，這或許就是為什么我們中有些人能夠在已被他人分析過的數(shù)據(jù)上偶然得到新發(fā)現(xiàn)的原因。

不要腦補(bǔ)

“相關(guān)性不等于因果性”——或許是所有科研工作者在其職業(yè)生涯中都會至少聽過一遍的箴言，它警示人們不要過分看重兩個(gè)變量間的單純共變關(guān)系（covariation）。誠然，兩個(gè)特征之間的相關(guān)性不足以推導(dǎo)出因果關(guān)系，但因果關(guān)系會蘊(yùn)含某種形式的共變，因此，找到前所未見的相關(guān)性可能是對新發(fā)現(xiàn)的最初一瞥。我們可以將探索數(shù)據(jù)視為相關(guān)性和模式的“發(fā)生器”，此后可以驗(yàn)證是否存在因果性。

人類智能的主要推動力之一，是我們的頭腦易于發(fā)現(xiàn)模式和關(guān)聯(lián)的能力——邁克爾·舍默【Michael Shermer；譯者注：科學(xué)作家，《懷疑論者雜志》（Skeptic magazine）創(chuàng)始發(fā)行人、主編】將這種傾向稱為模式感知（patternicity）。模式感知有助于我們產(chǎn)生新的夜間科學(xué)思想；它是許多發(fā)現(xiàn)的種子。但另一方面，模式感知讓我們?nèi)菀妆浑S機(jī)性愚弄，即從完全獨(dú)立的事物間錯(cuò)誤地推斷出關(guān)聯(lián)【這種現(xiàn)象也被稱為幻想性錯(cuò)覺（apophenia）；譯者注：現(xiàn)在很多人譯為“腦補(bǔ)”】。顯然，不受引導(dǎo)的探索會產(chǎn)生站不住腳的結(jié)果，而那些錯(cuò)誤的開端的產(chǎn)生正是夜間科學(xué)自身的問題。

日間科學(xué)則能緩解這種負(fù)擔(dān)。從某種意義上說，相關(guān)性是夜間科學(xué)的領(lǐng)域，而因果性藉由日間科學(xué)鞏固。日間科學(xué)是挑大梁的人，他來嚴(yán)格地驗(yàn)證假說。盡管日間科學(xué)十分強(qiáng)大，但它的模式并不適合于一開始產(chǎn)生新思想的階段。只有在夜間科學(xué)的國土，這里沒有遮蔽我們視線的日間科學(xué)的特定假說，因而我們能夠以探索性的方式自由思考?？茖W(xué)在白天與黑夜的反復(fù)交替中前行，兩者互相克服對方的不足；我們之所以能在夜間科學(xué)里自由探索，因?yàn)槲覀兿嘈抛约汉竺婺茉谌臻g科學(xué)中檢驗(yàn)所產(chǎn)生的假說。

捕魚式取證

在許多科研圈子中，對研究項(xiàng)目最嚴(yán)厲的批評莫過于將其貶為“捕魚式取證”（fishing expedition；譯者注：在法律術(shù)語中，“捕魚式取證”指一方試圖通過廣泛而模糊的質(zhì)詢獲取信息的行為，通常缺乏具體證據(jù)或依據(jù)）：指連一個(gè)像樣子的假說都沒有的數(shù)據(jù)探索。但正如我們上文所主張的，這樣專注于假說的批評忽視了一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。科學(xué)發(fā)現(xiàn)不僅是意料之外的，沒有數(shù)據(jù)它們也不可能被發(fā)現(xiàn)。如果一個(gè)數(shù)據(jù)集被精心設(shè)計(jì)，富含某個(gè)特定領(lǐng)域相關(guān)的信息，那么最初沒有假說的夜間科學(xué)探索就是一種系統(tǒng)產(chǎn)生假說的方式，這種方式不但強(qiáng)大，而且在我們看來，也是美麗的。

我們讀到過的許多發(fā)現(xiàn)出自原先被設(shè)計(jì)成“捕魚式取證”形式的項(xiàng)目，或者一開始有一個(gè)假說，但是不得不拋棄而變成了一個(gè)這樣的項(xiàng)目。但我們很少聽到這類研究的歷史細(xì)節(jié)，因?yàn)橹v一個(gè)關(guān)于合乎邏輯的假說，之后被嚴(yán)格的日間科學(xué)驗(yàn)證，構(gòu)成了一個(gè)更好的故事，也是期刊編輯和審稿人更愛讀的故事。我們可以從許多杰出同行研究的傳聞中知曉一二，但最深刻的體會來自我們自己發(fā)表的文章。例如，Tin Pang組裝了一個(gè)大腸桿菌（E. coli）譜系進(jìn)化支（clade）基因型和表現(xiàn)型關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集，為我們的假說尋找進(jìn)一步支持，即細(xì)菌通過逐步的生態(tài)位擴(kuò)張進(jìn)行演化。但在分析數(shù)據(jù)過程中，我們發(fā)現(xiàn)了更有趣的事情：在大腸桿菌演化歷史中，有超過3000個(gè)可探測到的代謝創(chuàng)新（metabolic innovation，譯者注：指生物進(jìn)化過程中，通過基因突變、水平基因轉(zhuǎn)移、基因重復(fù)或代謝通路重組等方式，產(chǎn)生出全新的代謝能力或優(yōu)化現(xiàn)有代謝過程的進(jìn)化事件），但沒有一個(gè)需要多于一次的水平基因轉(zhuǎn)移【horizontal gene transfer；譯者注：指基因在同一代或不同代之間的直接轉(zhuǎn)移，不依賴繁殖關(guān)系，可以跨物種（更多發(fā)生在微生物之間）；繁殖傳代的基因轉(zhuǎn)移稱為垂直基因轉(zhuǎn)移】！

另一個(gè)項(xiàng)目，由當(dāng)時(shí)仍是研究生的Michael Levin主導(dǎo)，涉及收集5個(gè)線蟲物種胚胎發(fā)生期間的基因表達(dá)數(shù)據(jù)集并組裝，最初的想法是它可能揭示基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。然而分析這個(gè)數(shù)據(jù)集的過程中，我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)特別的發(fā)育階段，推測它是線蟲的門特征階段（phylotypic stage，譯者注：物種個(gè)體發(fā)育過程中反映其演化歷史中跨過“門”這一分類階元特征的階段）。

堅(jiān)持探索，繼續(xù)堅(jiān)持

在數(shù)十年的探索性數(shù)據(jù)分析中，我們學(xué)到的一點(diǎn)是：不要放棄數(shù)據(jù)集。如果它不支持你原先的假說，那么它可能包含對其他可能性的暗示，甚至可能是更有意思的現(xiàn)象。如果數(shù)據(jù)支持你原先的假說，也要繼續(xù)探索下去。如果數(shù)據(jù)集已被設(shè)計(jì)和組裝得很好，獲得額外的發(fā)現(xiàn)是很有可能的。它們不會在你看第一眼的時(shí)候就能夠被識別出來，而是需要花時(shí)間慢慢展現(xiàn)。一個(gè)未被充分意識到的事實(shí)是，一個(gè)人永遠(yuǎn)無法真正“完成”對一個(gè)數(shù)據(jù)集的分析。你只是在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)決定停下來，轉(zhuǎn)向別處，留下了一些沒發(fā)現(xiàn)的內(nèi)容。由于夜間科學(xué)要求一種高度創(chuàng)造性的狀態(tài)，這并不令人驚訝，恰好映照了詩人保羅·瓦勒里（Paul Valéry）在1933年所描述的藝術(shù)中的處境——“作品永無完成之日，唯有放棄之時(shí)（un ouvrage n’est jamais achevé . . . mais abandonné） ”。

基于本文的前提，我們當(dāng)然需要超越原先的假說，即“假說可能阻止發(fā)現(xiàn)”，所以我們進(jìn)一步探索了大猩猩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)集。我們的確發(fā)現(xiàn)了其他可能性的暗示：假說也可能讓你過早地放棄數(shù)據(jù)。那些有假設(shè)要去驗(yàn)證的學(xué)生們，不去嘗試（作圖）或者試了初始的幾個(gè)步驟就放棄了的可能性，是沒有假設(shè)要驗(yàn)證的學(xué)生的兩倍以上。盡管這種差異未達(dá)到統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性（OR=2.15，P=0.21，N=44，F(xiàn)isher精確檢驗(yàn)），但這提示我們可以進(jìn)行進(jìn)一步的日間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。也許我們可以通過提供更多數(shù)據(jù)探索和發(fā)現(xiàn)的機(jī)會，來保持學(xué)生對科學(xué)的積極性。

總而言之，當(dāng)處理數(shù)據(jù)的時(shí)候，要保持開放的心態(tài)。特別要思考數(shù)據(jù)集的維度特征，研究不同維度間的變化；研究這些維度上的變化可能反映了什么，然后嘗試將其關(guān)聯(lián)到該數(shù)據(jù)集以外的方面。通過不斷追問，還有哪些維度能被整合起來以解釋所觀察到變化，你便做好了迎接發(fā)現(xiàn)的姿態(tài)。讓你的幻想自由馳騁，想出各種各樣的假說，它們可能在數(shù)據(jù)集中留有蛛絲馬跡。有可能大猩猩就藏在那里。

作者簡介

Itai Yanai 是紐約大學(xué)應(yīng)用生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)主任，生物化學(xué)與分子藥理學(xué)系教授，主要研究通過全局基因表達(dá)視角研究動態(tài)系統(tǒng)，包括腫瘤發(fā)生、宿主-病原體相互作用和胚胎發(fā)育。

Martin Lercher是德國杜塞爾多夫海因里希?海涅大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與生物學(xué)系教授，計(jì)算細(xì)胞生物學(xué)研究組負(fù)責(zé)人。該團(tuán)隊(duì)致力于探索細(xì)胞系統(tǒng)的分子組織與進(jìn)化機(jī)制，重點(diǎn)研究代謝過程，核心目標(biāo)是揭示通過自然選擇優(yōu)化復(fù)雜系統(tǒng)所形成的設(shè)計(jì)原理。

Itai Yanai 與 Martin Lercher 合著科普書The Society of Genes，討論“自私的基因”如何協(xié)同作用構(gòu)建生物體，基因內(nèi)的競爭與合作關(guān)系。兩人在《基因組生物學(xué)》（Genome Biology）期刊發(fā)表“夜間科學(xué)”系列文章，即科研背后那些未被廣泛關(guān)注卻令人興奮的重要探索過程，展現(xiàn)了科學(xué)思維中富有創(chuàng)造性的一面，在科研實(shí)踐哲學(xué)的討論中具有很大影響。

本文基于知識共享許可協(xié)議（CC BY 4.0）譯自Yanai, I., Lercher, M. A hypothesis is a liability. Genome Biol 21, 231 (2020). https://doi.org/10.1186/s13059-020-02133-w

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