重温读博岁月:3位科学家回顾博士时期酸甜苦辣
来源 : 科学之家   发布时间 : 2016-12-09 17:37   浏览 : [ ]
在翻阅博士学位论文时,美国国立卫生研究院院长Francis Collins茫然地摇着头。"此时此刻,它看上去很像另一种语言。"Collins颇为困惑地看着方程式远多于文字的第71页说道。他介绍说,这篇论文是关于理论量子化学的,并且"完全没有实际应用"。现在看,"它确实感觉有点像是另一个人写的"。

1972年,Francis Collins将博士阶段的大部分时间用在了破解微积分方程上。

Collins在耶鲁大学攻读博士学位时刚20岁出头。当时,他致力于对一小群原子相互作用的方式进行建模。“我做的很多事情都是用铅笔在纸上写的,以破解非常复杂的微积分方程。”随后,在研究开展到约一半时,Collins决定放弃博士学位,转到医学院。他最终在空闲时间完成了这篇论文。“我花费了很多个夜晚和周末,才把它写出来。”Collins略带痛苦地说,“我给自己制定了计划并且努力遵循它。当时,一台小小的电动打字机总是砰砰地响个不停。”

打字机已经更新换代,但这种艰苦的日子依然未变。对于博士生来说,完成学位论文是一项艰巨的任务。很多人拼尽全力,才能走完这一步:在开始博士研究的英国学生中,仅有约70%的人最终获得博士学位;这一比例在美国仅为50%。同时,在完成博士学位论文的学生中,很多人转向了学术界以外的职业领域。

那么,博士学位论文保留了哪些价值?完成一篇学位论文能传授哪些经验?为此,《自然》杂志让3位著名科学家翻出他们的博士学位论文,浏览那些篇章,并且反思他们以及这个世界能从中获得什么。

FRANCIS COLLINS:要敢于冒险

1970年,Collins来到耶鲁大学理论化学家Jim Cross的实验室。他的任务是开发理论模型,解释质子被射向氢分子时发生的情况:两个物体的能量如何消散?氢能否被“诱导”进入另一种状态?日复一日,Collins坐在地下室的桌子旁,破解着微积分方程并且用编程语言写相应的电脑程序。他利用学校计算机中心的机器,将这些程序打印到卡片上,然后等到凌晨1点后电费相对便宜时,把这些卡片输进计算机主机。“我开始怀疑,这条道路是否真的适合我?”Collins说。

它不适合——在研究进行到约一半时,某次的通宵熬夜让他开始意识到这一点。Collins同正在分析RNA分子如何折叠成二级结构的博士生同学Jay Gralla进行了一次对话。该研究更广泛的目标是理解RNA和DNA中的遗传信息被用于构筑生物系统时所遵循的规则。“我很惊讶自己错过了关于生物学的所有这些事情。它是数字化的,是一个信息系统,并且拥有自己的规则。”Collins说,“它是一部启示录。”

没过多久,Collins便决定转到医学院。"那是一段痛苦的时光。"他说,虽然自己被生物学和医学研究吸引,但随着家庭成员增加,经济负担日益加重,"各种各样的自我怀疑也在滋生"。同时,Collins不知道自己能否开展足够多的工作以完成博士学位论文。他留在纽黑文市写论文,妻子和年幼的女儿则到了他们在北卡罗来纳州的新家。Collins仍无法在医学研究开始前完成论文。等到1974年举行毕业典礼时,他已经完成了医学院第一年的学业,并且等待着第二个孩子的出生。

几年后,当Collins的医学训练完成时,他回到耶鲁大学,在一家分子生物学实验室工作,并且从未回头看过。然而,撰写博士学位论文时培养的严谨精神一直伴随着他。Collins学会了评估一个复杂系统,将其"拆卸"成各个零部件,并且从中收获见解。"这正是如今我在实验室中做的一些事情。"

现在回想起来,Collins很高兴自己冒险转换了研究领域,并且鼓励现在的博士生也要敢于冒险。同时,他希望博士生敢想敢做。"当你要研究一些事情时,选择重要的去研究。它可能有风险、可能很困难、可能行不通,但太多人把时间花在了那些显而易见的下一步上。"

SARA SEAGER:"坚持下去"

Seager是麻省理工学院的行星科学家。1996年,当她在哈佛大学开始博士研究时,仅有6颗行星被发现绕着遥远的恒星运转。它们只能通过间接的方式,比如大多通过捕捉运转的行星在恒星运动时引发的“晃动”被探测到。同时,捕捉的信号非常嘈杂,导致一些研究人员并不相信系外行星存在。

受到热衷于采取另一种不同方法的哈佛导师Dimitar Sasselov的鼓励,Seager进入了这个领域。Sasselov鼓励Seager研究系外行星的大气层,以发现可能含有有趣化学物质或表明生命存在的系外行星。当时,行星本身都很难被探测到,因此这项工作似乎不太可能完成。

Seager建立了一个可能看到恒星光线从紧紧围绕其运行的行星上反弹回来的理论模型。分析这些光线便能揭示关于行星化学成分、温度和压力的证据。此后不久,在博士后期间,Seager预测应该可以看见行星大气中的云,并且最容易被探测到的物质之一将是钠。

Seager导出了代表行星大气组分的方程式,然后自学编码,将这些方程式输入建立的计算机模型。这段日子漫长而孤独。她经常遇到可能会功亏一篑的编程错误。

Seager表示,她编写的计算机代码运行的那天"是整个人生最关键性的时刻之一"。在Seager的工作完成后,没过多久她便看到自己的预言被证实:2012年,天文学家探测到第一个系外大气层,并且发现它含有钠,尽管其浓度比Seager预测的稍低。自此以后,该领域便走向繁荣:目前已有3285颗系外行星得到确认,同时关于其大气层的研究也不断增多。

如今,Seager试图确保其实验室的学生也拥有思考的空间。“我的确会让他们自己思考。他们不得不这样做,否则就不会找到自己的路。”如果要给年轻时的自己一些建议,Seager说,那将是"坚持下去"。

Uta Frith:从"苦役"中学到东西

1964年,Frith从德国来到伦敦,在精神病学研究院参加一门关于变态心理学的课程。在那里,她第一次遇到了患有自闭症的儿童,并且“完全被吸引了”。Frith还遇到了她未来的导师、心理学家Beate Hermelin和Neil O’Connor。当时,人们对孤独症谱系障碍的了解非常少。那些得到诊断的患者通常只是严重的病例,比如表现出深度智力和语言困难的儿童。精神病学领域的主流观点是,自闭症是儿童抚养和环境的产物,同时那些疏远孩子、没有爱心的父母,尤其是母亲难辞其咎。

Frith并不同意这一观点。"当我遇到这些孩子的父母时,总是会惊讶于他们并不符合文献中对这类人的描述。"让Frith感兴趣的问题是,这些儿童处理信息的方式是否不同于其他孩子。为探究该问题,她向自闭症儿童展示了一个含有绿色和黄色计数器的简单盒子。这些计数器按照特定模式排列起来。随后,Frith盖上盒子并让他们根据记忆建立序列。

Frith从这些孩子的反应中看到了逻辑的存在,并且感觉他们不一定逊色于其他儿童的反应。"认为自闭症儿童形成的模式比我强加给数据的模式糟糕,这种想法是武断的。"Frith在博士学位论文的结尾部分写道。

Frith意识到,自己当时正在一个黄金时代学习。心理学在英国发展壮大,而她得到了两位导师全心全意的关注。同时,在即将结束博士阶段的学习时,Frith在英国医学研究委员会(MRC)一个部门获得了一份全职工作。

当时,她的一位导师刚被任命为这个部门的主任。"我是如此幸运。"Frith说。这个职位成就了她在MRC和伦敦大学学院50年的职业生涯。其间,Frith证实,自闭症儿童在“思维理论”方面具有缺陷。"思维理论"是一种理解其他人拥有自身信仰和想法的认知能力。亚特兰大艾莫利大学马库斯自闭症中心负责人Ami Klin表示,这是一个刚刚出现在灵长类动物研究中的重要概念,Frith则将其应用于自闭症研究。Klin在1998年完成的博士学位论文是由Frith共同指导的。"她的思维总是很开放,并且很有耐心,乐于助人。"Klin说。

Frith知道,现在的博士生要辛苦得多:资助紧张,学术界的工作机会又很稀缺。不过,她认为,博士阶段是做科研的学徒期。她从头学会了如何提出假设、设计实验以及分析数据。"有时做的确实是一些‘苦役’,但你从中学到了东西,并且能知道成为一位科学家是何种感觉"。
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