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| 編輯推薦： |
“NBIC会聚技术”是指迅速发展的四大科技领域的协同与融合，即：纳米科学与技术、生物技术（包括生物制药及基因工程）、信息技术（包括先进计算与通信）、认知科学（包括认知神经科学）。四大领域英文首字母缩写为NBIC。这四个领域的融合将成为21世纪科技发展的着力点。本书详细总结了影响会聚研究的重要体制、机制和文化因素，介绍了美国科技界推动会聚活动的重要实践案例，并提出加强会聚研究的一系列策略和建议，具有很高的参考价值。
《会聚观：推动跨学科融合——生命科学与物质科学和工程学等学科的跨界》内容丰富、观点新颖，文风务实、可读性强，对科研人员、管理人员、决策者均具有参考价值；对生物学有兴趣的其他广大读者也可参阅?
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| 內容簡介： |
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生物学研究正处于重大变革之中，而美国科学院研究理事会“健康与会聚面临的关键挑战”咨询委员会调研报告指出，“会聚观”是推动生物科技革命的战略思想和方法?《会聚观：推动跨学科融合——生命科学与物质科学和工程学等学科的跨界》正是该委员会的调研报告全文?报告一方面讨论了关于交叉和会聚观等核心概念与思想，阐述了正在发生的生命科学与物质科学和工程学等学科的跨界趋势；另一方面总结了影响会聚研究的重要体制、机制和文化因素，介绍了美国科技界推动会聚活动的重要实践案例，并提出加强会聚研究的一系列策略和建议?
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| 目錄：
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从书序
原书前言
致谢
摘要
1 导论
1.1 一场科学和技术的革命正在发生
1.2 会聚研究是交叉学科研究的一种扩展形式
1.3 会聚观推动科学进步
1.3.1 研究生态系统涉及众多的学科和参与者
1.3.2 会聚观能加速发现和创新
1.3.3 会聚观涉及科学与社会的关系
1.3.4 承前启后推动会聚研究
1.4 研究机构需要能够高效促进会聚研究的指导
1.5 报告框架
2 会聚型科学示例
2.1 用于改善疾病治疗的知识网络
2.2 三维打印技术将带来新的医疗保健选择
2.3 联邦机构实施的会聚项目：ARPA-E
2.4 产业界中发生的会聚：生物技术
2.5 会聚观加速生物经济的发展
3 从研究领域更广泛的视角来看会聚观
3.1 专业术语和概念
3.2 影响整合和协作研究成功的众多因素
3.3 改进STEM教育以推动会聚观
3.4 会聚策略将有助于促进生命科学的定量化和重现性
3.5 会聚科学超出了生命科学、物质科学、医学和工程学的整合
4 将会聚观融入组织机构：挑战与策略
4.1 专业知识的深度和广度加速会聚
4.2 多样化的视角有利于创新
4.3 会聚科学需要一种文化和支持机制
4.3.1 策略：围绕一个共同的主题、问题和科学挑战进行组织
4.3.2 策略：面向研究机构开展会聚研究面临的挑战，配置相应的管理架构
4.3.3 策略：提供各种正式和非正式互动的机会
4.4 会聚研究与师资队伍结构和奖励制度相互联系
4.4.1 策略：彻底的组织架构重组
4.4.2 策略：跨部门工作
4.4.3 策略：在晋升和任期过程中对跨学科研究的支持政策
4.5 设计用于会聚研究的设施环境和工作区域
4.5. 策略：处于与校园其他部分相连接的中央位置
4.5.2 策略：安排使研究人员相互作用最大化的实验室和公共空间
4.6 发展新的教育和培训项目来促进会聚
4.7 会聚研究依赖于有效的伙伴关系
4.8 持续的资助是会聚型工作所必需的
4.9 会聚生态系统包括多种核心组分
5 通过会聚研究来拓展知识并解决复杂问题：结论和建议
5.1 结论和建议
5.2 需要国家层面的协调
参考文献
附录A “健康与会聚面临的关键挑战”咨询委员会成员简介
附录B 实施会聚的关键挑战研讨会：议程与参与者
参会者名单
框
框S-1 微生物组工程治疗疾病：一项需要专业知识和相互合作的挑战
框S-2 任务声明
框1-1 任务声明
框2-1 会聚案例：Illumina有限公司
框3-1 定义
框4-1 晋升和终身教职认定政策
框4-2 电影产业：鼓励会聚观的模型？
框4-3 用于会聚研究项目的种子基金资助
框4-4 获得赛克勒基金会支持的会聚研究中心
图
图1-1 建立在前期分子生物学和基因组学革命的基础上，生命科学、物质科学、医学及工程学不断地整合代表了生命科学领域的
第三次革命
图1-2 代表会聚整合过程的两种表现形式
图1-3 在“会聚-解聚”过程中研究模式扮演的角色
图2-1 构建用于基础研究和药物发现的生物医学知识网络
图2-2 器官和组织的3D打印的概念模型
图2-3 定量生物科学研究所QB3的会聚创新生态系统涉及政府与大学和产业合作伙伴之间的动态互作
图2-4 多家高新技术企业集群分布在麻省理工学院附近，成为由会聚活动所创造和维持的生态系统的一部分
图4-1 “T字形”和“梳形”人员将拓展专家的知识的深度与广度并实现跨领域工作
图4-2 Bio-X中心提供的教职员工互动联系网络
图4-3 路径重叠对研究合作的影响
表
表S-1 美国境内已经成立的会聚研究机构实例
表S-2 推进会聚观面临的共同挑战的观点比较
表S-3 关于利用稳定的预算推进会聚研究的相关思路
表S-4 建议的汇总表
表3-1 影响跨学科研究有效协作的因素
表4-1 推进会聚研究面临的共同挑战的观点比较
表4-2 关于利用稳定的预算推进会聚研究的相关思路
英文原文
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摘要
会聚是一种通过跨越不同学科来解决问题的方法；这个方法融合了生命科学与健康科学、物质科学①、数学，以及计算机科学、工程科学等众多专业领域的相关知识、工具和思维方式，构建一个全面综合的框架，用以应对多领域交叉的科学与社会挑战。通过整合不同专业领域的知识，形成合作伙伴网络，会聚策略将激励基础科学发现不断向实际应用转化。会聚观也为实现学术界、国家实验室、产业界、临床机构及资助机构等利益相关者的广泛合作提供了肥沃的土壤。因此，本咨询报告中提及的会聚概念，包括了两个既密切联系又截然不同的特征：一方面是指需要解决一系列科研问题的相关专业知识的会聚；而另一方面则指形成合作伙伴关系网络，这个合作网络提供对相关科学研究的支持并能够使研究成果不断转化为新的创新形式和全新产品。
会聚过程中创造出来的全新认知将有助于满足以下方面的需求：
了解神经系统等各种生物复杂系统，并将这些知识用于设计新型治疗方法；
通过知识管理和精确医学的整合改善对病患的治疗效果；
通过现场打印、3D打印技术革新不断促进制造业创新；
探索新型燃料与改良储能系统；
在不断变化的气候条件下满足全球食品安全供应需求。
会聚观所展现出的独特的研究方法，并非推动知识进步或开展学科性研究与跨学科研究的唯一方法。通过其他模式开展的相关研究，或是在离开生命与健康科学、物质科学和工程学的交叉领域的相关研究，也同样能够为科技事业作出重大贡献。事实上，这种类型的相关研究能够与会聚研究整合形成更为丰富的知识。框S-1中以案例形式列出了能够受益于会聚方法的这类研究挑战。
框S-1 微生物组工程治疗疾病：一项需要专业知识和相互合作的挑战
人类微生物组是指生活在人体上的巨大微生物群体，其中包括皮肤和肠道上的微生物。为了识别并将这些微生物与人类的健康和疾病状态关联起来，科技界已经做出了巨大的努力，例如，由美国国立卫生研究院NIH支持的人类微生物组计划Human Microbiome Project。通过了解微生物组与微生物群落之间的相互作用，将有可能开发出通过改变关键的微生物组成进行疾病治疗的全新疗法。例如，研究人员最近研制出一种肠共生细菌，它能够产生一种信号传导分子，诱导霍乱弧菌Vibrio cholerae降低其霍乱毒素等致病因子的表达。如果小鼠在感染霍乱弧菌前摄入这种特定的工程菌，这些小鼠能够降低与毒素的结合，使存活率增加。
将特定疾病与某种特定的微生物或微生物组合相关联，进而研发出一种或多种关键微生物的优化组合，并将这些发现应用于疾病治疗，是一项漫长而复杂的挑战性工作。而完成这项工作，需要来自多个领域的专业知识与众多合作伙伴的会聚。为了更好地实现上述目标，将有可能需要：
·通过DNA测序技术，获得体内微生物组的相关遗传信息；
·通过生物学实验与化学实验，进一步分析检测到的微生物；
·通过数学与计算工具，分析实验产生的相关数据，进行序列比对，并识别与目标疾病相关的潜在基因；
·通过公共卫生研究，更好地了解微生物在特定疾病状态下如何发挥作用；
·通过工程学与合成生物学的相关专业知识，设计改造基因表达的微生物；
·通过材料科学的知识，将改造过的微生物封装到递送系统中，例如可摄取的药丸；
·通过临床试验与监管机构的合作，批准可用于人的新型药品；
·通过产业合作伙伴，不断扩大生产与制造规模；
·通过社会和行为干预，以受益人群为目标，开展特定的新型治疗。
许多科研机构对于如何促进相关的会聚研究很有兴趣。尽管表S-1中列出的会聚研究模式已经存在，然而，由于文化与制度的障碍，导致能够自行运转的会聚生态系统的发展速度缓慢。在如何制定出有效的会聚计划项目，会聚计划项目可能会遇到何种挑战，以及其他组织通过何种策略以便更好地解决所面临的问题等方面，许多机构往往缺乏有效的指导。本报告旨在积极地消除这一认知差距，分析某些组织支持会聚研究所采用的相关机制和研究项目，并为科学界提供有根据的指导建议框S-2。2013年9月举行的带有信息收集性质的研讨会，为对会聚研究感兴趣的科研人员提供了一个极其宝贵的机会来共同探讨若干关键问题：会聚观究竟能够带来什么？在其培养会聚能力的过程中，将遭遇何种典型的挑战？可以用来支持和促进会聚研究的机制有哪些？另外，此次研讨会与本报告的撰写得到众多资助机构的支持①，这反映出公众对于讨论和理解有效实施会聚研究将要面临的各种挑战表现出浓厚的兴趣。
表S-1 美国境内已经成立的会聚研究机构实例
·Bio-X中心，斯坦福大学
·David H。 Koch综合癌症研究所David H。 Koch Institute for Integrative Cancer Research，麻省理工学院
·北校区科研综合体North Campus Research Complex，密歇根大学·分子工程研究所Institute for Molecular Engineering，芝加哥大学
·威斯生物启发工程研究所Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering，哈佛大学
·帕克·佩蒂特生物工程与生物科学研究所Parker H。 Petit Institute for Bioengineering and Bioscience，佐治亚理工学院
·珍利亚研究园区Janelia Farm Research Campus，霍华德休斯医学研究所HHMI
·路易斯-西格勒综合生物学研究所Lewis-Sigler Institute for Integrative Biology，普林斯顿大学
·加利福尼亚定量生物科学研究所California Institute for Quantitative Biosciences，QB3，加利福尼亚大学圣塔克鲁兹分校、伯克利分校与旧金山分校
·生物设计研究所Biodesign Institute，亚利桑那州立大学
·赛克勒生物物理与工程科学研究所Raymond and Beverly Sackler Institute for Biological， Physical and Engineering Sciences，耶鲁大学
·迈克尔逊会聚生物科学中心USC Michelson Center for Convergent Bioscience，南加利福尼亚大学2014年宣布成立
框S-2 任务声明
美国国家研究理事会将任命一个专家委员会，负责探讨如何将“会聚”方法应用于生物医学研究及其他研究。研究目的在于：释放出多学科融合的巨大潜力，共同应对需要这种紧密合作才能解决的关键挑战。作为其主要的信息采集活动，如果条件允许，专家委员会将召开一次研讨会，从一系列正在施行这些方法的项目中，抽提相关的案例或模型。根据具体情况挑选不同的项目，这些项目规模有大有小，既有公共财政资助又有非公共资金资助。研讨会的目的是，促进对会聚相关的制度和项目架构、政策、教育、培训计划与资助机制等方面的理解，以便于在生物医学及相关研究中有效推进会聚策略。经研讨所得的报告，将概括总结出在不同类型的研究机构中成功实施会聚项目的做法与经验。
对于传统的、以学科特征开展科研的学术研究机构，会聚观代表着组织文化的变革。因此，构建与会聚研究能力相适应的必要的科研生态系统面临巨大的挑战，涉及行政管理、科研、教学、伙伴关系以及资助等方面具体实例见表S-2。所有从事科技事业的利益相关者，都需要从整体战略上出发，考虑其相关政策，以便更好地支持这些工作，以及实施与维持这些研究活动。例如，需要训练学生的综合能力，使其具备在跨学科环境下开展工作的能力与素质。通过会聚研究取得的相关进展，应当最终转化为全新的产品与服务，更好地为构建会聚生态系统的合作伙伴网络所用。某些大学用于技术转化的政策和操作程序，也应当更易理解和提高效率。由于会聚研究在很大程度上依赖于多个领域、多个合作伙伴的专业知识的整合，因而，开放与包容的文化、通用的概念与指标，以及共同的目标，对于支持这种密切合作关系十分必要。幸运的是，促进会聚研究的方法能够受益于现有相关文献的启发，这些文献涉及的内容包括：建立跨学科文化、推动以团队为基础的科学，以及修订科学、技术、工程和数学STEM的教育与培训政策。同时，来自工业界内的相关范例也具有同样的启示意义，因为工业界拥有通过整合各种专业知识来解决复杂挑战的传统。
续表
建立有效的组织文化、组织结构与管理，科研机构应当积极探索替代性的行政结构与商业模式，推动传统组织架构间的跨学科研究；科研机构应当制定出公平、灵活的预算与费用分摊政策，以便于更好地支持跨学科研究。除考虑对学科导向的部门和院系进行资源分配外，对高层次行政管理及学科交叉单元的形成和持续运作也都应该考虑给予一定的资源。
替代性文化、组织结构必须与现有的研究文化与实验室自主权协调一致。会聚科学领域为应对科学挑战和社会挑战提供了良好的起点。科学、工程学和医学院校之间不同的成本回收模式，是造成院内合作伙伴关系难以形成的关键因素。实验室和核心设施的启动与维持费用十分昂贵参见4。3节和4。5节。
满足教职员工发展和职务晋升的需要，应该改进从研究生的招生到教职员工的招聘方式，包括实行跨部门和跨院系的招聘。应该修正教职员工招聘和任职决策的传统做法和标准，要更全面地考虑交叉学科领域的内在价值。
对于从事会聚研究和与会聚型机构有联系的大多数教职员工来说，他们获得晋升和任职仍然需要通过其主要隶属部门的渠道。科学、工程和医学领域教职员工在研究领域和服务期望等方面的差异，可能会使合作变得复杂，尽管同一文章有多名作者署名和不同研究领域的贡献已在许多科学领域成为常规参见 4。4 节。
提供教育和训练项目 教育工作者应该通过为本科生、研究生和博士后提供教育和培训机会，来促进交叉学科研究。例如，为他们提供相关的基础课程、资料的整理分析，以及其他研究领域和社会范围的科学研究。科研机构应该提供相关的机制，如大学生从事研究机会，教职员团队教学积分和交叉学科研究等，支持学生、博士后、研究人员和教职员工的跨学科教育和培训。
本科生水平的课程应该将相关的物理、数学、计算机和工程的概念和案例整合到生命科学课程中，反之亦然。这样才能为会聚研究打下坚实的基础。需要提供机会，例如通过填补培训和专业知识的空白，或学习新领域的基础知识，来培养对某些交叉领域的统一认识、有效交流和理解。对研究生、博士后和教职员工，这样的机会都是必要的参见 4。6节。
形成利益相关者的合作，学术机构应该发展新的并加强现有的政策和实践，降低和消除跨学科研究和相关资助项目实施过程中的障碍。这些政策和实践包括发展与产业界、政府和非政府组织的合作项目。继续社会科学、人文科学和信息科学的研究，以加深对成功实施交叉科学研究这个涉及社会和智力的复杂过程的理解，提高在特殊领域和特色研究机构成功创建、管理相关项目的前景。
与外部伙伴建立合作的过程很复杂，也有可能受其他因素影响，例如不同的领导，资助和费用分担模式；或者对有关问题的不同处理方式和期望，例如专利开发和知识产权保护等。为充分利用会聚研究带来的所有可能的优势，越来越需要考虑利用其他领域的贡献，如经济学和社会科学，它们都有自己的文化和标准参见4。7节。
获得可持续的资金资助，基金组织应该识别和考虑到他们资助项目，以及在资助过程中交叉学科领域面对的独特挑战，如有关风险、组织模式和时间方面。基金组织应该定期评估，如有必要应该重新设计他们的项目招标和评审标准，使其适合跨学科活动。美国国会应该继续鼓励联邦研究机构在激励跨学科研究的目标和保持强劲的学科研究需求之间保持适当的平衡。
政府支持是获得会聚研究所需资金的一种渠道。许多会聚研究项目也从其他渠道获得支持，如对发展科学感兴趣的私人慈善家和基金组织。创业企业和风险投资者也提供了支持，这也许会成为会聚生态系统的一部分参见 4。8 节。
本报告提出了若干为研究组织促进会聚研究所使用的策略与实践的范例，例如设计教育模块，聘用来自跨学科集群的研究人员，以及建立新型的研究机构等。这些有关的策略和实例来自本咨询委员会收集的数据，包括：
·围绕共同的主题、问题或科学挑战进行组织；
·针对会聚过程面临的挑战，为每个科研机构量身定制管理架构；
·提供鼓励开展正式与非正式互动的机会；
·改变现有的教职员工晋升的组织结构与激励制度；
·在现有部门内或者跨部门共同开展工作；
·在人员晋升和任职过程中支持并促进会聚；
·为会聚研究设计、建设相应的基础设施与工作空间；
·设计能够推动会聚的教育项目和培训项目；
·积极部署跨机构合作；
·积极寻求来自政府机构与政府机构之外的资金。
制定会聚研究计划并培育其成功的过程并没有统一的模板可循。各个科研机构在使命、规模与预算等方面的差异很大。尽管如此，本咨询委员会依然能够确定，一个成功的会聚生态系统具有以下必不可少的文化与组织架构元素。
人员：支持和促进会聚活动的领导层是关键所在，学生、教职员工、工作人员、系主任、学院院长等各层次人员的参与也很重要。促进会聚研究的人员特点是，同时掌握雄厚的基础专业知识与跨越广泛领域的沟通能力。
组织：对于那些寻求构建可持续发展的会聚生态系统的组织机构而言，包容性治理体系、以目标为导向的愿景、有效的项目管理、对核心教职员工的稳定支持，以及灵活的或具有催化作用的资金都至关重要。同时还必须愿意承担风险，并能接受潜在的失败或项目重新定向的可能，这是前沿科学无法避免的问题。
文化：支持会聚的文化与支持其他类型的合作研究文化相同。这种文化兼容并包，支持学科之间的相互尊重，鼓励知识的分享，并不断提升科学家熟悉不同学科的能力。视角多样性与专业知识多样性是会聚研究的基本属性，跨知识文化的相互作用将能够提供极其宝贵的经验。
生态系统：整体的会聚生态系统包括机构内及跨机构的众多合作伙伴之间的动态互动，因此需要相关的战略措施，以制定所需的技术和后勤保障合作协议。
本咨询委员会也确定了某些相对简单且低成本的范例，供相关科研机构在促进其组织内部会聚活动时作为初步的参考表S-3。
表S-3 关于利用稳定的预算推进会聚研究的相关思路
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