前言 遇见日常生活中的科学

向公众解释“信任”（believe in）某个科学概念意味着什么，可以说难上加难。部分原因是“相信”（believe）这个词有不同的含义。通常，我们可能会在如下诸多情况下使用“相信”一词：

⊙　我相信天很快就要下雨。

⊙　我相信，我的孩子没有做坏事。

⊙　我相信被告有罪。

⊙　我相信大脑皮层是产生意识的区域。

⊙　我相信甲会成为比乙更好的总统。

⊙　我相信重力。

⊙　我相信上帝。

在以上例子中，“我相信”有的意味着“我确信”，而其他的则意味着“我持有某种观点”或“我认为”，如第一个例子中的“我相信”即是在推测下雨的可能性。在所有情况下，“相信者”（believer）基于自己的信念很可能会采取行动，这种行动可能微不足道，如出门前带上伞；也可能意义深远，如将自己的生活建立在宗教教义的基础之上。那么，对科学概念的信任到底意味着什么？这个问题很难回答，因为科学概念的发展经历了不同的阶段，各自的评判标准不同。这些阶段的出现是由于科学使用了“猜想-测试-推论”策略（guess-test-interpret strategy），而这一过程通常会重复多次。事实上，在日常生活中，我们都会表现得像科学家，至少有时如此。

不妨举一个现实生活中的例子：当你坐在自己喜欢的椅子上开始看报纸时，你按下台灯开关，但台灯没亮。你可能会想：也许有人拔掉了插头（猜想1）。于是你转向墙，发现插头仍然插在插座上（测试1），所以并没有人拔掉插头（推论1）。你又想：可能是电源开关断开了（猜想2）。但你发现同一电路上的电视机却能正常运转（测试2），所以并不是电源开关的问题（推论2）。你接着又想：也许是墙上的插座坏了（猜测3）。于是你又将另一盏台灯插入插座，发现台灯亮了（测试3），所以墙上的插座也没问题（推论3）。你又通过不断地猜想（灯泡坏了，电线断了……）和测试，最终得出推论：台灯的开关坏了。这样，你就能想办法将台灯修好，而之前对断路器、插座和电灯及电路的粗略了解，都是你猜想的依据。

从基本逻辑上来讲，除了可能更复杂之外，科学研究与修理台灯并没有太大的不同。有一种研究方法起源于亚里士多德，它是归纳式的：先收集关于某个特定主题的所有事实，接着仔细思考，然后深入总结（归纳），并解释事实的普遍关系1。(1)这种方法很常见，可以用来解释神圣之事，如创世纪的故事，也可以用来解决平常的小事，如汽车发动不起来的问题。然而在过去的一两个世纪中，随着实验科学的蓬勃发展，这种归纳式方法的重要作用已经从产生最终推论转变成猜想之源。科学家喜欢用“假说”（hypothesis）这一术语，哲学家似乎更喜欢“推测”（conjecture），但事实上这两个术语都是“猜想”的同义词2。

那么，猜想对科学研究来说已变得不重要了吗？绝非如此！好的猜想需要丰富的背景知识和巨大的创造力。通常情况下，一个好的猜想至少应令人感到些许惊讶，如没人想到过或他人曾对此不屑一顾，同时也应该充满趣味，并可测试，还要在许多测试中都可以得到验证。有时，“可以被检验”（falsifiable）一词被用来代替“可测试”（testable），也就是说，猜想要想成为科学，它必须易于被客观且可重复的测试证伪3。评估假说（如接受或拒绝猜想）的实验通常都很严格。接受某个假说意味着它还未被拒绝。科学试图从最简单的层次寻找因果关系，所以一个科学猜想通常遵循“A导致B”的模式。

以实验室关于医用水蛭的研究为例。我们猜想：水蛭的神经系统中的某些神经元激发了其游动行为。研究生贾尼斯·威克斯（Janis Weeks）根据她的初始实验，发现了似乎适合扮演这一角色的一类神经元，她将其命名为“204型细胞”4。我们该如何测试威克斯有关204型细胞引起水蛭游动的猜想呢？一般而言，有3种常用的因果测试方法：相关性测试、充分性测试和必要性测试。威克斯对204型细胞的实验采用了这3种方法。

相关性测试：电生理记录显示，在水蛭游动之前和整个游动过程中，204型细胞一直处于激活状态。也就是说，这些细胞的活性与水蛭游动有关。需要注意的是，如果204型细胞在水蛭游动时并未被激活，那么即使是这个最弱的因果关系测试也能够否定我们的猜想。换句话说，相关性测试可以否定一个猜想，但却不能为之证明。

充分性测试：刺激单个204型细胞导致水蛭游动。我们可以得出结论：激活单个204型细胞就足以导致水蛭游动。但这种测试并不能证明激活204型细胞是引起水蛭游动的唯一途径，威克斯需要进一步进行实验。

必要性测试：抑制单个204型细胞（注入抑制性电流）降低了由刺激神经而导致水蛭游动的可能性，这表明204型细胞的活性至少在一定程度上是水蛭游动所必需的。此外，水蛭的神经系统中有12个204型细胞，而一次只能同时控制两个细胞，这种情况下水蛭游动只是减少而非完全阻断。

基于以上结果及对其他动物的神经系统的类似实验结果，科学家将204型细胞这样的神经元称为“指令神经元”，因为它们的活动引发（指挥）了一种特定的行为。指令神经元将感觉输入与大脑运动区域连接起来：它们从感觉神经元获得输入，如果能被激活，它们就会引发一个特定的运动行为。这种神经元也被称为“决策者”，由此可以猜想，它们的真正功能是在一种行为（如游动）与另一种行为（如爬行）之间做出选择。

204型细胞实验大约是在40年前进行的，我们不禁要问：我们仍然相信最初的“猜想-测试-推论”故事吗5？答案既肯定又否定：基本数据经受住了时间的考验（多次重复），但进一步的实验发现了其他神经元，它们产生的结果与204型细胞相似，所以“204型细胞是唯一负责游动的细胞”的结论过于简单。进一步的实验利用发光染料来报告电活动，这样能够同时监测许多神经元的活动，结果显示，许多其他一起活动的神经元之间精细的相互作用决定了水蛭是游动或是爬行。204型细胞与其他的“指令神经元”一起，控制水蛭的运动行为，直至这些精细的互动结束。所以，204型细胞并不像“总司令”，而更像是执行“联合首席”命令并付诸行动的“副官”，而“联合首席”才是真正的决策者6。

记住204型细胞实验，我们再回到科学的“信仰”概念上来，这个问题至少需要从以下3个不同的层面来回答：

1．猜想能被检验吗？如果无法通过客观和真实的测试来检验，即使猜想再有趣，它也不属于科学领域。

2．我们是否相信数据的正确性？为了回答这个问题，我们必须思考所使用的技术是否合理，所做的实验是否可靠，以及结果是否令人信服。例如，在一个旨在阐明大脑某一区域功能的经典实验中，该区域的功能描述将通过实验进行调整，实验者将探索行为和／或大脑活动的变化。在探索变化的过程中，实验者会施加刺激并对反应进行评分。数据通常很散乱：当重复相同的刺激时，也许会引起不同的反应，而两个不同的刺激也可能会引起相同的反应。许多情况都可能导致这样的结果，一些明确的途径可以用来鉴定和解决这些问题。例如，避免评估结果的人了解处理细节（“致盲”实验者），或者在设备、人员和文化都不同的实验室中重复实验。

3．我们相信这些推论吗？一般而言，推论是所有科学研究中最有趣的部分，最有可能被大众媒体报道，但它也是最容易发生变化的部分。从水蛭的神经系统中204型细胞的发现可以看出，新数据可以改变推论，而且这一过程是持续的。卡尔·波普尔（Karl Popper）是20世纪一位颇有影响力的科学哲学家，他认为科学永远不可能发现最终的真理7。对事实的当前看法可以解释所有或至少大部分目前观察到的现象，但其他观察到的现象最终会质疑每一个解释，取而代之的是更全面的解释。波普尔认为，这一过程并没有否定原来的解释，而是通过新数据提供了更接近最终真理的解释。事实上，对一组数据的解释引发了对下一组实验的猜想，就像前文提到的修理故障台灯时所发现的那样。

那么，“科学信仰”与其他信仰有何不同呢？一个主要的区别在于，科学只局限于那些能被客观地、重复地且明确地检验的猜想，至少在实验科学领域如此，如果他人做完全相同的实验，也将得到同样的结果。这一条件排除了科学研究中大量非常有趣的问题，如“我为什么在这里？”“上帝存在吗？”等，甚至排除了占星术等类似科学的学科，这些学科虽然收集了大量的数据，但其推论不能被客观地检验8。科学论文通常将“结果”与“讨论”分开。能否相信结果需要进行判断，包括实验做得是否正确，以及其他科学家能否重现结果等，这样的判断相对来说都很客观。讨论部分的内容则相对比较微妙：数据能否支持推论？根据该论文及之前发表的论文的结果能否得出合理的结论？推论能否引出进一步可测试的猜想？虽然讨论通常是所有科学论文中最有趣的部分，但也是最经不起时间考验的部分。对于非研究领域的人来说，这种解释的变化可能令人困惑和沮丧，但我们在这个过程中能逐渐接近最终的真理。推论是诗意之所在，而在科学中则是创造力最显著之处。然而，推论会发生变化，这意味着所有信仰都自带提醒：某位科学家今天所相信的东西会随其所做的下一组实验而发生巨大变化，更令人沮丧的是，它还会随其他科学家的实验结果产生变化。因此，科学家必须能够放弃自身最热衷的信仰，并在新数据的基础上采纳新观点，而一般大众则需要理解这些信仰的动态本质。

小威廉·克里斯坦（William B. Kristan，Jr.）

加州大学圣迭戈分校神经生物学家

凯斯琳·弗伦奇（Kathleen A. French）

加州大学圣迭戈分校

计算生物学与生物信息学中心主任