失败是成功之母 - 接受失败: 脑神经大乱

失败是成功之母 - 接受失败: 脑神经大乱
-基于Google自动翻译的改写

By Jonah Lehrer 作者：约拿莱勒

原载于有线2010年1月

为什么科学研究中的大失败可以导致成功

一切开始于静电的噪音。

1964年5月，两位贝尔实验室的天文学家， 彭齐亚斯和罗伯特威尔逊，使用新泽西州郊区的射电望远镜搜索浩渺的太空。他们要详细调查银河辐射，以便描述星光黯淡的宇宙。

这意味着，彭齐亚斯和威尔逊需要一台极其灵敏的接收器，能够监听到太空中所有的微弱信号。 因此，他们翻新了一加旧的射电望远镜，安装了放大器和校准系统，使来自太空的信号更强烈一点。

但他们望远镜过于敏感。当彭齐亚斯和威尔逊瞄向太空，他们收到持续的背景噪声，一种干扰他们观测的静电噪声。

这是个令人难以置信的恼人的技术问题，就像听广播时不断被打断。起初，他们假定噪音是人为的，来自附近的纽约市。 但是，当他们把自己的望远镜直接指向曼哈顿，静电噪声没有增加。 另一种可能是，声音是最近的高层大气中的核试验的残留。 但是这种可能也没有任何意义，因为，即使核试验的残留逐渐消退，静电噪声水平保持不变。

最后鸽子也来添乱：按照白色电介质物质的线索，他们发现竟然有一对鸽子在射电望远镜接收器上的窄缝里作窝。但赶走鸽子和擦洗干净鸽子屎以后，静电噪声仍然存在，如以往一样响亮。

第二年，彭齐亚斯和威尔逊试图忽略静电噪音，专注那些不要求保持宇宙静默或完
美的目标。

他们用金属铝胶带包住导线接头，保持接收器尽可能的清洁，并希望天气好转可能消除静电噪声干扰。星移斗转，寒来暑往，噪音始终存在，他们无法找到所寻找的微弱的无线电回声。

他们的射电望远镜观测工作是失败的。

凯文邓巴的研究课题是 科学家如何作研究 - 研究科学家如何面对失败和成功。

90年代初，他开始了前所未有的研究项目：观测4所斯坦福大学生物化学实验室。

哲学家们早就有关于科学如何发生的理论，但邓巴不想受限于这些已有的理论。

他不满足于科学方法的抽象模型，- 当我们还是学龄儿童时在科学课学到的7个步骤，- 或关于科学家忠实于逻辑和客观的教条。邓巴知道，科学家们往往不以教科书说的那样的方式思考。他怀疑，所有这些科学的哲学家-从亚里士多德到波普尔-都严重错过了科学家在实验室到底做了些什么。

正如理查德费曼那著名的挖苦，“科学哲学对科学家有用，就像鸟类学对鸟有用一样。”，所以邓巴决定进行“活体内”的调查，试图从真实的忙乱的实验室中进行研究。后来他用第二年的时间注视着博士后和试管：研究人员是他的鸟，他是鸟类学家。

邓巴把录音机带进会议室并在走廊里闲逛，他阅读项目申请拨款的建议书和文章的草稿，他窥视笔记本电脑，出席实验室会议，并为许多采访和谈话录像。

他又花了4年分析数据。

“我不确切知道最终会到那里”邓巴说。“我要求对于我的访问完全透明，我得到了。 但也就只有这么多的事可以跟踪。”

邓巴从他的活体内研究离开时有一个惊人的感悟：科学研究是一个非常闹心的求索过程。

虽然研究人员大多采用成熟的技术，超过一半的数据是出乎预料的。（有些实验室，这个数字超过了百分之75。）“科学家们在理论上知道应该发生什么，”邓巴说。 “但结果经常与他们的理论矛盾。

经常看到，有人利用一个月的时间作一个项目，然后就丢弃所有的数据，因为数据没有任何意义。“也许他们希望看到一个特定的蛋白质，但它不在那里。

或者，他们的DNA样本显示，有一个异常的基因。

结果千篇一律，故事各有不同：科学家们寻找X，但他们得到Y。

这些统计数字让邓巴迷惑不解。

毕竟，公众普遍相信，科学探索的过程，应该是一个有秩序的追求真理的过程，充满优雅的假设和可控制变数。（例如，20世纪的科学哲学家托马斯库恩说, 在正常的科学研究中，“除了最深奥的细节以外，结果的一切都事先知道。”）然而，当邓巴近距离地观察实验，为了最琐碎的细节对科学家们进行采访以后, 这个理想化的实验室定义土崩瓦解了，代之以一个个令人失望的不断的异常结果。

有漏洞百出的理论模型，无法复制的试验数据， 以及简单试验的异常结果。

“他们可不是随便的人，”邓巴说。 “他们在世界上一些最优秀的实验室里工作。

但实验很少告诉我们那些我们预料会发生的事情。 这是科学的肮脏的秘密。实验很少产生我们所期望的东西。

研究人员是如何应付这些意外数据的呢？ 他们怎么处理这么多的失败？

邓巴意识到，绝大多数人在实验室中运用同样的对策。首先，他们就会责怪实验的方法。令人惊奇的结果被认定为单纯的错误，也许一台机器发生故障，或这种酶已经过时了。 “科学家们试图去解释那些他们其实不明白的事，”邓巴说。“就像是他们不愿意相信。”

实验然后被仔细地重复。

有时，古怪的现象暂时地消失，在这种情况下，问题得到解决，天下太平，皆大欢喜。 但通常，异常的结果仍然存在，鬼魂般不肯消失。

于是，事情变得有趣起来。 根据邓巴观察，即使科学家们产生了多次“错误”结果, 一贯地与理论预测相矛盾，他们可能仍无法作进一步跟踪研究。 “由于科学研究中意外的数据数量之大，你不可能仔细追踪一切，”邓巴说。 “人们必须挑选哪些是有趣的，哪些不是，但他们往往选择不好。”因此，“错误”结果被抛弃，记在笔记本里束之高阁了。 科学家们其实发现了一个新的事实，但他们却说这是一次失败。

研究者自动假定每个意想不到的结果是一个愚蠢的错误. 我们之所以如此抗拒异常信息, 其真正原因是植根于人类大脑的工作原理。

借助脑神经科学的帮助，在过去的几十年里，心理学家已经破除了科学工作客观性的神话。 事实上，我们仔细删改编辑我们大脑中的现实，寻找与我们已经相信的理论一致的证据， 先入为主。 虽然我们坚持认为自己是经验主义者- 实事求是 - 我们实际上是目光短浅的，特别是当它涉及到了与我们大脑里的既有理论相违背的信息。 (台独分子深谙此理，反复向台湾幼童灌输台独观念，取事半功倍之效，狡猾呀，武力统一后，改造也难)

那么，在科学的问题上，不是大多数实验失败了而是大多数的失败被忽略了。

为了进一步了解人们如何处理不和谐的数据，邓巴自己进行了一个有趣的实验。

在2003年的研究中，他给达特茅斯学院的大学生们观看两部不同大小铁球下落的影片。

第一个短片显示了两个球以同样的速度下降；第二个短片显示大球以更快的速度下降。

这盘录像带重建了著名的（也许杜撰的）的伽利略作的从比萨斜塔以不同大小的炮弹进行的下降实验。

伽利略的金属球在完全相同的时间落地， 颠覆了亚里士多德所声称的较重物体下降速度较快的理论。

当学生们看录像时，邓巴要求他们选择更准确的关于重力的陈述。 毫不奇怪，没有物理学背景的大学生不同意伽利略。（直观地说，我们都是亚里士多德派。) 他们发现两个球以同样的速度掉落完全不切实际，尽管事实就是如何。

此外，当邓巴监测学生们脑部的功能核磁共振成像时发现，非物理专业学生们观看正确的视频时 (两个球以同样的速度落地)，引发了一种特定脑激活模式：有一股血流向前扣带皮层 (又称ACC，是一圈大脑中心的组织)。 ACC通常是与错误和矛盾的感觉联系在一起 - 脑神经学家经常提到的作为“哦， 狗屎吧！”的回路 - 这一回路在我们收到似乎错误的信息时激活。

到目前为止很明显：大多数本科生是物理学盲。 此外，邓巴还用物理专业学生进行了实验。不出所料，他们的教育使他们能够看到错误，对他们来说，不准确的视频 (两个球以不同的速度掉落) 激活ACC。

但是，还有另外的大脑区域，它的启动能对接收的现实信息进行编辑，篡改现实让我们视而不见。 (眼见到，耳听到，大脑概不承认) 它被称为背外侧前额叶皮层，或DLPFC。它位于前额后面，是年轻人最后一个发育成熟的大脑区域。 这一下你明白为什么只有小孩才说国王没穿衣服了吧。

该区域在压制所谓的不必要的表述方面起至关重要的作用，使我们摆脱了那些不符合我们的先入为主观念的想法。你想啊，没有DLPFC还真就不得了，那铺天盖地的信息就会塞暴我们的大脑。舍得，舍得，有舍才有得吗。

对科学家来说，这可就是一个问题了。

当物理专业学生看到亚里士多德视频里异常的球体下落时，他们的DLPFC自动激活，很快从大脑认知区域中删除了这一情节。在大多数情况下，这种编辑的行为是大脑基本的下意识的认知技能。这就是所说的先入为主，主观主义， 视而不见。

当DLPFC受损时，因为他们无法过滤掉不相关的信息， 人们往往很难集中注意力。） 不过，当涉及到察觉异常情况，高效率的前额叶皮层，实际上负有重大的责任。

我们的DLPFC不断地审查世界，从我们的经验里删除一些我们不喜欢的事实。

如果ACC是“哦，狗屎！”回路，那么DLPFC就是删除键。 当ACC和DLPFC一起激活，大脑不但注意到那些看起来不正确到的信息，”邓巴说。 “大脑还删除这些信息。”

我们发现，并不是所有的实验数据在我们的心目中同等重要：当涉及到解释我们的实验结果时，我们通常只愿意看到我们希望看到的，不顾其余。

例如，学物理的学生不会在看录像时，琢磨是否伽利略有可能是错误的。相反，他们信任自己的理论，拒绝任何解释不了的事实。信仰，换言之，是一种盲目。

如何从失败学习

我们常常假设一个失败的实验是白费力气。 但并非所有的异常都是无用的。 以下是如何从中获得最大好处。

1 检查您的假设

问问自己，为什么这个结果感觉就像是失败的。它与什么理论相矛盾？也许失败的是假设，而不是实验。

2 寻找被忽略的

与对实验陌生的人交谈。 以简单词汇解释你的工作可以帮助你从一个新的角度观察。

3 鼓励多样性

如果课题组里每个人都讲同一种语言，那么每个人都有同样的一套假设。

4 不要忽略失败

过滤掉违背了我们成见的信息是正常的。 避免这种偏见的唯一办法是要意识到这一点。

但是，这项研究提出了明显的问题：如果人类 - 包括科学家 - 很容易坚持自己的信念，为什么科学是如此成功？ 我们的理论是如何不断变化的？ 我们如何来重新解释失败，使得我们可以看到答案？

这是彭齐亚斯和威尔逊收拾他们的射电望远镜时面临的挑战. 他们的背景噪声仍令人费解，但也越来越难忽视，因为它总是在那里。

经过一年的试图消除静电，假定过它只是由于一种机械故障，或由于一个毫不相干的工件，或是鸽子粪。静电无处不在也许是有原因的。彭齐亚斯和威尔逊决定另辟蹊径，开始探索 这是真的 的可能性。

1918年，社会学家凡勃伦受一家美国犹太人流行杂志委托，写一篇论证如果让犹太人拥有一片自己的家园，知识生产力将如何增加的文章。当时，犹太复国主义正在成为一场如火如荼的政治运动，杂志编辑假设凡勃伦将鼓吹一个明显的论点：因为犹太人不再受制于反犹太主义的体制，所以将导致智力繁荣。

但总爱找碴的凡勃伦，颠倒了前提。 他认为犹太人的科学成就主要是由于其边缘的地位，尽管当时爱因斯坦即将赢得诺贝尔奖，弗洛伊德被尊为万众瞩目的畅销书作家。

换句话说，反犹太主义的迫害不但没有阻挡反而推进了犹太社区向上发展。 究其原因，凡勃伦认为，是犹太人作为永远的外人，受到“怀疑的敌意”。因为他们没有里通外国的异教徒调查的既得利益， 他们可以怀疑一切，哪怕是奉若圭臬的理论。

只要看看爱因斯坦，作为卑微的瑞士伯尔尼专利局职员时，做出了多么杰出的工作。 根据凡勃伦的逻辑，如果爱因斯坦在德国精英大学得到终身教授位置，他将不过是一个在当时时空条件下有既得利益的物理学教授。 他绝不会发现异常并且发展出相对论。

可以预见，凡勃伦的文章有潜在的争议，不只是因为他是来自威斯康星的路德教教徒。 杂志的编辑显然很不高兴，凡勃伦可以被看成反犹太主义代言人。但他的观点是至关重要的：边缘人有其独特的思想优势。 当我们从外面看一个问题，我们更有可能意识到发生了什么错误。 如果我们不是漠视意外，激活“啊！狗屎”回路和删除键，我们可以认真对待错误， 从中获益。新的理论有可能从意外的灰烬中诞生。

现代科学界由专家和业内人士组成，他们仅在越来越狭窄的学科受过教育。所有研究人员研究着同样的厚厚的教科书，这使得日月星辰世界万物看起来都被安排妥贴了。 科学哲学家库恩争辩说，只有非常年轻或者新出道的科学家能够承认异常 - 因而开始模式转移和观念革命。换句话说，他们是典型的局外人，天真而没有经验，初生牛犊不怕虎。他们能够注意到失败，不排除新的可能性。

花了这些年来看着斯坦福大学科学家的斗争和失败，邓巴认识到，聪明敏锐的局外人的浪漫故事并不完整。 毕竟，大部分科学的发展并不是突然和巨大的，革命性的突破是罕见的。相反，现代科学的顿悟往往是微妙的，模糊的，来自躲藏在里面的研究人员。“他们都不是在体系外面工作的爱因斯坦的样子，”邓巴说。“这些人是拿国家医学院基金的研究人员。

他们是如何克服失败盲目性的？

虽然科学研究的过程通常被看作是个孤独的求索 - 研究人员自行解决问题 - 邓巴发现，大多数的新科学概念来自实验室课题组的会议，那些人们公开展示数据的每周会议中。有趣的是，实验室会议最重要的不是介绍成果而是随后的辩论。邓巴指出，课题组会议上的怀疑，有时是激烈的提问，经常引发突破，因为科学家们不得不重新考虑他们过去忽略的数据。

新理论是自发的谈话的产物，不是独居者的冥思苦想，一个令人鼓舞的询问足以让科学家临时变成外来者，重新审视自己的工作。 但是，并非每个实验室会议都同样有效。

邓巴讲述了两个实验室的故事，他们遇到相同的实验问题：试图测量的蛋白质粘在过滤器上，因此无法分析数据。“一个实验室由来自不同背景人组成，”邓巴说。 “他们有生物化学家，分子生物学家，遗传学家和医学系学生。” 相反的另一个实验室青一色是大肠杆菌专家。“他们比任何人都了解大肠杆菌，这是他们所知道的全部，“他说。

邓巴看着每一个实验室如何处理这些蛋白质的问题。

大肠杆菌专家们采取了强有力的措施，花了几个星期有条不紊地测试各种对策。“这是非常低效的，”邓巴说。“他们最终解决了问题，但他们浪费了大量宝贵的时间。

与此相反，在杂牌军的实验室小组会上， 他们深入讨论了这一问题。科学家们都不是蛋白质的专家，所以他们就可能的解决方案的展开广泛讨论。 起初，谈话似乎很无用。但是，当化学家，生物学家，和医学院学生互相交换意见，潜在的答案逐渐浮出水面。

“又讨论了10分钟，蛋白质的问题解决了，”邓巴说。 “他们看起来很容易。”

当邓巴审查会议记录时，他发现智力的混合产生了不同类型的互动，科学家被迫依靠比喻和类比来表达自己。（这是因为，不像大肠杆菌专家团队那样，第二个实验室缺乏专门的每个人都能明白的行话。）事实证明，这些抽象对于问题的解决非常重要，因为它们鼓励科学家们重新考虑先前的假设。

向别人解释问题，强迫他们，哪怕只一会儿， 扮演一个充满自我怀疑的边缘知识分子。这也是为什么其他人那么有用：他们把我们从认知局限中解放出来。

“这样的事屡见不鲜，”邓巴说。“一个科学家先试图描述他们的做法，在连珠炮般的追问下,他慢慢地居于守势，然后脸上就露出困惑的表情，就像他终于明白了什么是重要的一样。非常重要的当然是那个意外的结果，那个感觉就像是失败的实验错误。

答案其实一直在那里 - 只不过它是被不完善的理论所模糊，被我们那颗狭窄的大脑视而不见。直到我们与同事交谈，或把我们的想法转化为一个比喻，我们才瞥见了那个错误的真实涵义。

鲍勃迪伦说得好：没有任何成功像失败那样意义重大。

射电天文学家的突破来自一次与局外人的偶然的谈话。彭齐亚斯被介绍给罗伯特迪克，普林斯顿大学的核物理学家， 不是职业的天文学家。 在第二次世界大战期间, 他在雷达系统方面的工作最为出名。

迪克多年以来对于雷达技术应用到天文学很感兴趣，他特别着迷当时那个奇怪的大爆炸理论，该理论推测，宇宙起源于一次原始爆炸。这样的爆炸如此巨大，迪克认为，它会在整个宇宙留下散落的碎片，宇宙起源的放射性残留物。

（这项建议最早是在1948年由乔治伽莫夫，拉尔夫阿尔菲和罗伯特赫尔曼提出，虽然他们已基本上被天文学界所遗忘。）迪克的问题是，使用标准的望远镜，他找不到这个残留，所以他计划在不到一小时车程的贝尔实验室南部某地建立自己的望远镜。

1965年初，彭齐亚斯给迪克挂了个电话。 他想知道这位著名的雷达和无线电望远镜专家能否帮助解释困惑他们多年的持续的噪音。 也许他知道噪音来自何方。

迪克的即时反应是：“我们成了独家新闻！”他说。 别人已经找到了他一直寻找的：宇宙开端留下的辐射。

消除噪音一直是彭齐亚斯和威尔逊的令人难以置信的沮丧的过程。 他们一直被技术问题折腾，花了太多的时间清理鸽子屎 - 但他们终于找到了一个静电噪音的解释。他们的失败是另一个问题的答案。

所有的努力获得了回报：1978年他们获得诺贝尔物理学奖。