怎么看待科研中的「无用之学」？

Rose

有些科研方向和领域似乎与现实应用的脱节比较严重，有些文科领域的研究更是如此，除了个人兴趣之外，坚持这些科研方向的理由还有什么呢？
11 月 20 日，在「2024 知乎科学盛典」上，南开大学医学院副院长段峰、阿里云飞天实验室生物计算研究员李兆融 、EAST望远镜筹委会副主任刘博洋、复旦大学医学博士Clover青子深入探讨了这个问题，详见：
更多详情见活动主会场：2024 知乎科学盛典



原文地址：https://www.zhihu.com/question/3581866565

队长是我

要么有意思获得纯粹的乐趣，
要么有应用、几乎有应用，
要么基于预设、在设想中，它发展后可以有用，如果真的相信这个叙事，可以当成给人类做贡献。
如果以上都不满足，拿无用之学满足一些对自己有好处的指标，也是一种正面且积极的反馈，可以凭借它实现别的目的：比如挣钱经营家庭，挣钱争取有朝一日躺平，通过完成指标进入某种生活轨道获得一种有秩序且稳定的生活。
只要认可它的结局，接受它，不内耗，就可以当成是一切正常、没啥问题，当成是好的。
宏大叙事不是个人可以改变，需要不可抗力，也就是需要历史进程。

长长的路

最近马斯克被任命到美国新成立的效率部的新闻火了。
连带被提及的还有共和党参议员Rand Paul嘲讽美国乱花钱的报告，社交媒体讨论比较厉害这两个zf拨款的项目:


这是花费了340万的跨性别猴子感染艾滋病的研究。
还有一项是450万美元用于研究给醉酒的老鼠喷洒山猫尿液,看看它们有什么反应。


参议员Paul认为这些项目是完全没有必要的浪费纳税人钱的研究，可想而知效率部开动起来，应该率先削减这些无用开支。
但是这些真是完全没有必要的研究吗？
<hr/>科研本质：无用且低效

对于不懂的领域我不敢发表言论，但是给醉酒老鼠喷洒山猫尿这个事情我还是可以说两句。
老鼠怕猫是刻在基因里的，一种写保护的恐惧感。
有科学家做实验，把没接触过猫的小鼠暴露在猫气味环境、猫尿环境，然后过段时间后对暴露后的小鼠大脑切片。
证实了猫气味和猫科动物尿液里的2-苯乙胺等猫独有的味道会强烈刺激小鼠的下丘脑前核-下丘脑腹内侧核-背侧乳头体核回路里表达C-fos基因，产生恐惧反应，表现为僵住、逃跑*1。


也就是说，就算是猫本身没有出现，单只是猫尿液标记过的区域就会吓得小鼠屁滚尿流了。
并且这几个区域都是跟恐惧有关的回路，不涉及杏仁体和海马体等跟记忆有关的脑区。
也就是说猫带来的恐惧并非长期接触习得，而是一种天生的纯恐惧，持久而强烈。
另外狼、蛇和狐狸也吃老鼠，但是用这几种动物的气味刺激老鼠，老鼠不会出现如此刻板的恐惧反应。*2
当它们面对蛇的气味和狐狸的特殊气味（三甲基噻唑啉 (TMT，狐狸粪便的一种成分)）时，情况正好相反。急性气味暴露不足以激活小鼠捕食者反应下丘脑回路，小鼠表现得好像没有处于压力状态，几乎没有表现出恐惧或防御姿态的迹象。
狐狸等气味只会激活主嗅球的内部颗粒层和中央杏仁体*3，意思就是老鼠闻到了，知道有这么个敌人在旁边，但是神经系统并没有发出“紧急！马上逃跑”“紧急！立刻死在原地”这种特殊指令。
由此可见，并非所有捕食者线索都足以激活小鼠的捕食者反应下丘脑回路，它们的反应取决于这些捕食者在猎物的自然历史中所代表的危险程度。
毫无疑问，猫就是那个最危险的宿敌。
但是这种恐惧也不是没法消除比如可以改造老鼠的脑回路：
弓形虫




弓形虫改变参与处理猫气味的边缘区域的体积和 c-Fos 表达。（A）大鼠脑冠状切片示意图（改编自 Paxinos 和 Watson 2007），显示 c-Fos 区域和体积量化。（B）未感染和弓形虫感染动物的杏仁核和下丘脑目标区域的体积。在整个区域采集 40 微米冠状切片，并通过立体分析计算三维体积。（C）未感染（左）

已知感染弓形虫并不会影响老鼠的嗅觉，所以科学家用大鼠设计了一个实验，证实弓形虫感染改变了大鼠对猫气味的识别回路。*4
本来应该激活恐惧相关的脑区，现在变成了激活性唤起的区域。
这还得了，本来是世界上最可怕的东西，感染了弓形虫以后却发现猫猫是性感美少女。
这跟沙耶之歌有啥区别？      
还有从小跟猫一起长大的老鼠也可以克服恐惧，跟猫一起玩耍。
上文提到的给醉酒老鼠喷猫尿也是属于这一系列的研究，这个研究的目的其实更为深远。
在美国，创伤后应激障碍（PTSD）是一种影响数百万美国人的不良心理状况（哈佛医学院，2007）。最近的估计表明，大约三分之一患有终生创伤后应激障碍的人患有终生酒精使用障碍（AUD；Kessler 等人，1995）。患有 PTSD 的人将他们的 PTSD 症状作为饮酒的原因，并且总 PTSD 症状与饮酒的渴望和数量呈正相关（Heinz 等人，2016 年；Nishith 等人，2001 年）。
实验人员假设的是创伤性应激史会增加酒精的奖励特性和/或减弱酒精的厌恶特性。
也就是说，他们的问题是本来没有酗酒问题的人会不会因为PTSD开始酗酒？
建立酗酒小鼠模型，然后给他们喷猫尿就是为了看看，酗酒是否会减少对猫的恐惧，如果能减少，那说明酒精真是改变了部分脑区连接回路。
他们的研究结果也表明应激后的老鼠确实减少了适度饮酒的厌恶特性。
看到这里脉络渐渐浮出水面，其实这是一个心理学研究。
鉴于小鼠和我们的亲缘关系比较近，都是超灵长目的动物，所以用小鼠做实验一来可以揭示一些人类的疾病和心理相关特质，二来小鼠比起灵长类动物已经算是比较便宜的了。     
像Paul提出的其他动物实验也有各自的目的，比如跨性别猴子感染艾滋和猴子赌博等等研究。其本质也是为了探索人类的疾病和行为。
本质上来说，很多科研现阶段看来就是低效甚至无用的。
以基础物理学研究为例，物理学太多刚开始没什么用的研究。
比如伦琴发现X光的时候，绝对不是出于医疗健康的目的。
比如是外尔提出规范场论的时候，也没想到50 年后才被杨振宁和米尔斯用来构件杨-米尔斯场论，从而托起量子物理学的摩天大厦。
又比如高能粒子加速器的建设及其运行成本巨大，但正是这些设备让我们能够窥见宇宙最基本构成的秘密。
很多人会问：我们真的要花这么多钱去寻找可能不存在的上帝粒子吗？
没有这些昂贵而耗时的研究，我们无法理解夸克、希格斯玻色子等基本粒子的性质，也无法探索暗物质和暗能量的奥秘。这些研究似乎与日常生活相距甚远，但它们是我们理解宇宙和自然法则的基石。
此外，科学的低效率同样体现在医药研发领域。药物从发现到上市需要经过长期的临床试验，这些试验可能需要数年甚至数十年的时间来完成。例如，人类免疫缺陷病毒（HIV）的治疗药物在发现之初需要经过多次试验来确保其安全性和有效性。虽然这一过程耗时且昂贵，但它是保障患者生命安全和健康的关键。没有这些看似低效的临床试验，我们无法确保药物的安全性，也无法为患者提供有效的治疗方法。
科学的低效率还体现在对环境问题的研究上。气候变化是一个复杂的全球性问题，需要长期的监测和研究来了解其机制和影响。科学家们需要收集大量数据，进行长期的气候模型模拟，以便更准确地预测未来的变化趋势。虽然这一过程耗时且需要巨大的投入，但它是我们应对和减缓气候变化的必要手段。
对复杂人文社会问题的解决上，科研尤其低效率。
例如，贫困、教育不平等、犯罪率下降等社会问题，都需要长期的观察、研究和政策试验来找到有效的解决方案。虽然这些研究可能不会立即产生结果，但它们对于制定长期、可持续的政策至关重要。
科学史上有哪些最「意外」的发现和发明？这个问题下面罗列了很多精彩的科学发现，它们完全是科研走偏了的道路，却不能说这些意外的发现前置研究毫无价值。
要接受科研就是无用和低效的，有些研究并不是浪费钱。
科学探索的道路充满了曲折和不确定性，它往往需要大量的时间和资源去验证一个假设，重复实验，以及探索看似与研究目标无关的领域。这种过程在很多人看来是低效的，甚至有人认为这是在浪费金钱。然而，这种观点忽视了科学研究的本质和它所带来的长远价值。
科研的无用和低效率并不是一种缺点，而是其本质属性之一。它允许科学家们深入探索、细致验证、不断修正并最终获得可靠的结论。正是这种看似缓慢的过程，构成了科学进步的基石，为人类社会带来了无尽的福祉。
因此，我们不仅应该接受科研的无用和低效率，更应该尊重和鼓励它，因为它是人类智慧的象征，是我们不断前进的动力。
在此与每一位科研人员共勉，为了让人类更伟大。
<hr/>附录：Paul的报告：
Festivus-2023.pdfref：1Neuralactivationduringcatodor-inducedconditioned fearand‘trial2’fearinrats
2The differential mice response to cat and snake odor
3Cat odor, but not trimethylthiazoline (fox odor), activates accessory olfactory and defense-related brain regions in rats
4Predator Cat Odors Activate Sexual Arousal Pathways in Brains of Toxoplasma gondii Infected Rats
5Predator Odor Stress Blunts Alcohol Conditioned Aversion

感恩由您

冷门的追求

摘录自推特
"最近读了弗里曼·戴森 (Freeman J. Dyson) 在 1981 发表的一篇演讲稿，Unfashionable Pursuits，提出科研机构要给冷门的科学容身之地。演讲回顾了索菲斯·李和赫尔曼·格拉斯曼研究的理论在提出将近 100 年后才得到应用，他们两人在世时都很不得志。我觉得这真实的例子比《伤心者》里虚构的故事要好。演讲中还提到了哥德尔的研究很冷门，高等研究院在他到达 14 年后才给他教授职位。还提及了规范场论是外尔提出来解决当时的热门问题的，但不好用，于是就变成冷门了，50 年后才被杨振宁和他的学生米尔斯复兴。 演讲非常精彩，我用 ChatGPT 翻译加人工校对的方法翻译了全文："

检验医师

本科期间，我们实验室老师给我们讲了一个故事。先说一下这个老师，他非常厉害，从本科毕业到博士毕业只用了三年半的时间，在前年也顺利获得了杰出青年基金。这个故事是在一次组会上对着所有研究生讲的，这关于外星人乌龙事件，故事是这样的，
帕克斯天文台是人类建造的早期天文学观测机构之一，当中的帕克斯电射望远镜早在上世纪30年代就已经建成，实际投入使用已经超过了将近100年的历史。期间，帕克斯天文台接收过各种可能代表文明的外星信号，观测到了大量的宇宙事件和域外星球。
这些观测成果也造就了一批知名的天文学家，可以说帕克斯天文台在天文学界的地位是有目共睹的，它的权威性毋庸置疑。
在1998年的一天，帕克斯天文台照例接收来自太空的信号，在过程当中，它竟然意外接收到了一个神秘的电波信号。
该信号与之前他们收集的频率有所差异，并且在解析的过程当中，发现了一定的规律。这表明，该信号并不是自然产生，很有可能是经过特殊处理的信号。
当时不少人进一步猜想，这是外星文明向地球发射的电磁波，只不过人类目前的技术水平还无法将其解析出来。一时间对于这个神秘信号的说法众说纷纭，人们将这个外星信号取名为“佩里顿”。更加神奇的是，佩里顿每天都会在固定时间点出现，每当人们去吃饭的时候，总会跳跃在信号收集器上。
如果说一次两次都是巧合，日复一日的信号波传递，绝对是有意为之。科学家对于佩里顿是外星人发来的信号观点坚信不疑，并且开展了一系列相关的研究工作。
只可惜，都未能取得有效进展，关于佩里顿的研究就此停滞下来。但这并不妨碍科学家们对它的猜测，不少科学家将佩里顿和宇宙当中的那些信号进行了对比，通过数据反馈得出佩里顿“身份”可能性。
经过反复推断，佩里顿最有可能是外星文明的信号，其次就是在太阳系的附近隐藏着一颗我们还未发现过并且超越人类认知的星球，它的信号传递到地球之后，才会让科学家们都无法解析。此后，又有不少天文学领域的科学家慕名而来，对佩里顿展开了调查，并发表了相关的论文研究。
随着科学家们对佩里顿的鼓吹，社会上认为佩里顿是外星信号的人也越来越多。直到17年后的一天，天文台一位新人的到来，才将这个“乌龙事件”的真相彻底给揭开。
在这个期间，数人通过研究研究佩里顿相关的课题，获得了硕士博士学位。当然，也有不少人成为了天文学领域的专家。
在发现佩里顿之后，为了更好地观测到该信号，天文台还专门聘请了一位工作者对它进行记录。17年后，这位工作者退休，一位来到天文台不久的新人便接替了他的工作。这位新人看着这个被外界称为神秘外星信号的电波，觉得很奇怪，心中诞生了一个大胆的想法。
为什么这个电波和自己在课堂上学的微波炉电波频率如此相似呢？难道外星人也用微波炉吗？在发现这个盲点之后，新人一度怀疑自己是不是看错了。
于是他找来了关于微波炉电波的资料，经过仔细的对比研究，终于确认，这就是微波炉的信号。对此他将这个研究交给了上级领导，结果遭到了质疑，没有人会相信这位新人的说法。无奈之下，他只好自己私下开展研究，对此他将收集到的电波和与整个天文台的微波炉电波进行了对比。
结果在一个老化的微波炉面前，找到了匹配的电波，又经过了反复的对比验证，终于确定，就是这台微波炉发出的。很快，他召集到了天文台的工作者，在大家的面前将这台微波炉的电波和收集的电波进行了对比，并且还在现场创造了“神秘外星信号”。到了这里，大家也不得不相信，所谓的“外星信号”不过是科学家的误判。
原来，这台老化的微波炉因为产品质量的问题，导致它在使用的过程当中，经常出现漏电波的现象。
而电波又恰好在天文台当中，很容易被相关的监测装置给收集到，乌龙事件就是这样产生的。问题是期间这么多的专家进行了研究工作，难道大家都没有发现这是微波炉的电波吗？
这个事情告诉我们，做研究不一定就是有用的。我们都在盲人摸象，甚至可以说是错误的。但是，在这个过程，人们提出各种各样的猜想，设计各种各样的实验，来证实那个所谓的猜想。这个过程，就是在培养人才，锻炼思维的过程。
我们同门也在聊类似的话题，同样的一个项目，国家给高校几百万，让我们产生了一堆论文，写了几篇专利。同样的钱，要是放在企业，得到的效益远大于高校。大家都不是傻子。为什么，不就是为了培养人，让更多的人有机会参与这个过程，才有可能把蛋糕做大做强。

感恩由您

基础科学（basic science）往往都是“与现实应用的脱节比较严重”甚至完全脱节的。你觉得基础科学是「无用之学」吗？
前些年美国也闹过一阵「无用之学」的事，议员啊媒体啊各种狂批NSF浪费经费在奇葩研究上（比如在实验室里捣鼓了一个水下跑步机让虾跑；比如研究鸭子的螺旋丁丁等等）。后者直接波及了一个我认识的教授Patty Brennan，人气不过还专门写了两篇论文为这类奇葩研究正名[1][2]，有兴趣的同学可以看看。
另供参考：

不是只有能变现的才叫科研成果。绝大多数基础研究都是难以变现的，但你不能说基础研究的成果不是成果。
比如科学家发现有些鱼会放屁，你觉得这有没有变现机会？算不算成果产出？你会不会想骂娘说这帮科学家吃饱了没事干研究的都是什么狗P（讽刺的是人家研究的还真是屁）？会不会觉得科研资金都打水漂了？
那如果我现在告诉你这个发现可能阻止了第三次世界大战，你又会怎么想呢？
这就是搞笑诺贝尔奖2004年的生物奖获奖研究 —— 有些鲱鱼会放屁，并且可能靠屁声来沟通交流[3]。背后还有一个神奇的故事：上世纪八十年代瑞典海军在水下监听到了一些奇怪的声响，怀疑是苏联/俄罗斯人的潜艇。你可以想象在冷战的氛围下这些声音让多少人紧张到夜不能寐，但最终发现只是鲱鱼在放屁虚惊一场而已。
这个故事肯定有夸大甚至编造的部分，但背后的道理没毛病：任何不起眼的甚至看似荒谬的科学发现，都有可能起到意想不到的作用。
温泉里六七十度的高温都能茁壮成长的嗜热细菌是挺神奇，但是不是真的值得花钱花时间去研究人家怎么耐热的？会发光的水母是挺漂亮，但是不是真的值得花钱花时间去研究人家怎么发光的？事后来看是真TM值得，前者给我们带来了taq酶，说由此打开了分子生物学的大门都不为过；后者给我们带来了绿色荧光蛋白（GFP）可以用作分子标记活体实时监控生理进程，都是获得了诺贝尔奖的重大科研成果。
但事先来看，你会不会觉得这俩课题没有变现潜力，只是科学家的诡异兴趣呢？

为什么很多实验室的研究成果找不到变现机会？<hr/>补一个虾在水下跑跑步机的图（shrimp on a treadmill）：


还有鸭子的阿姆斯特朗回旋加速喷气式阿姆斯特朗炮（注：图片可能引起不适）：