科技中国杂志

公民科学快速发展 日益受到各国重视

来源:《科技中国》2020年第六期pp.96-98

日期:2020-06-28

  文/程如烟(中国科学技术信息研究所)

  近年来,公民科学快速发展,在医疗保健研究领域的应用日益广泛,同时在支撑科技决策方面的应用也日益增加。美国、欧盟等一些国家和地区高度重视公民科学活动,甚至把有奖竞赛作为国家科技资助体系中的正式工具,以调动社会各界的力量来攻克重大挑战。为更好地提升公民科学的有效性,要关注吸引更多公众参与、确保公民科学的质量、完善公民科学的治理以及管理相关风险等问题。

  随着公民科学素养的提升和对科学问题的日益关注,其参与科研活动的热情日益增加,加之数字平台、数据分析技术的快速发展,公民科学近年来快速发展,日益受到各国重视。

  一、公民科学近年来快速发展

  公民科学一词是在科学研究成为一种专业活动、科研人员成为一种职业之后出现的,是指公众参与重要研究并贡献自身相关知识的一种活动或方法。实际上,早在几千年前,就有大量公众参与科研活动,如古代中国农民帮助跟踪迁徙蝗虫疫情等。后来,科学活动成为一种专业活动,大多数科学研究都由职业科研人员来完成,普通大众在科学研究中的作用不太重要。然而,近年来,随着经济社会的发展,公众对科学研究的兴趣和热情日益增加。

  公众科学具有重要作用,包括动员广大群众的力量、研究范围扩大、成本低廉等。例如,在组织良好的情况下,使用志愿者进行的鸟类调查可以在几周内覆盖整个北美地区,而付钱给科学家进行相同的调查会非常昂贵,并且因为该领域的人数有限,难以在短时间内完成相关任务。

  随着公民科学素养的提升和参与科研热情的增加,参与科学研究的公众队伍正在变得更加壮大。同时,在大数据时代,数据成为最重要的资源,这样所有人都可以对科学有所贡献。此外,智能手机功能、传感器技术的巨大进步能够将多种众包数据与传统研究数据较好地整合,从而为公民科学项目中的数据收集提供了新的方法;而且,人工智能和机器学习的进步使得公民科学数据的分析速度和效率有了提升。在此背景下,越来越多的业余科学爱好者和公众开始投身科学界,成为科研的“一块砖”。

  当前,全球出现了多个公民科学组织,如公民科学协会(CSA)、欧洲公民科学协会(ECSA)、澳大利亚公民科学协会(ACSA),还有其他地区的多个公民科学协会。2017年12月,这些组织联合组成了公民科学全球伙伴(the Citizen Science Global Partnership),其首要任务之一是探索公民科学如何能够帮助监测实现联合国可持续发展目标的进展情况。

  二、公民科学在医疗保健研究等领域应用前景广阔

  一是个人健康数据研究。当今,各国出现了很多新平台、门户网站和应用程序,以促进个人健康数据的安全可靠的整理、管理和访问。例如,Open Humans和PatientLikeMe平台可以使个人上传与健康相关的数据,包括来自可穿戴健康跟踪设备的数据(如心率、血糖、血压等),来自23andMe等公司进行的基因检测的数据以及来自他们自己的电子健康记录信息。

  二是流行病学研究。当前全球已经建立了很多收集流行病学数据的公民科学平台。平台可以集成身体健康、情绪健康、环境相关数据等各类数据,同时可以让用户“实时”收集数据。斯坦福大学健康邻里发现工具和加拿大里贾纳大学的数字流行病学和人口健康实验室开发的SMART Study平台就是两个这方面的例子。用户通过照片记录他们的本地环境并将其上传到平台上,平台汇总并找出不利于健康生活的障碍,以帮助社区领导和决策者改善社区条件。

  三是患者主导的研究。公民科学可用于开展以患者为主导的研究,如一组患有肌萎缩性侧索硬化症(ALS)的患者在服用了锂补充剂之后,持续跟踪了自身的效果并在PatientLikeMe平台上进行报告,其研究结果有助于促进医学界针对ALS患者开展锂治疗的临床试验。公民科学还可用于帮助开发疾病诊断的计算机模型,以“糖尿病眼”项目为例,公民科学家们对眼睛的图像进行分类并寻找视网膜损伤的迹象,以此来训练基于人工智能的计算机模型,用于诊断糖尿病性视网膜病。此外,公民科学还可用于找出医疗保健领域中有待改进的领域等。

  此外,公民科学还可用于公共卫生领域的研究(如针对生活方式和环境因素对哮喘等疾病的影响开展大规模研究)以及卫生服务研究(如利用护士腕带的自动心率传感器收集的数据来了解护士的压力和倦怠等)。

  除了医疗保健领域之外,公民科学在支撑政策制定和补充开展科学研究方面拥有巨大的潜力。公民科学可以针对社会相关问题开展研究,为决策提供依据;社区可采用公民科学的方法,针对健康、环境等公民关心的问题进行研究和宣传;公民科学可作为传统研究方法和核心研究团队的补充,扩大研究范围,提高研究质量。公民科学不仅可以提供其他方面的数据,也可以从不同的方法论或分析角度来解决研究问题。

  三、公民科学受到各国重视

  当前,公民科学日渐受到美国、欧盟等的重视。《美国创新战略2015》提出,要激发各行各业创新者的潜力,鼓励其参与科技创新,解决国家所面临的紧迫挑战。美国采取了有奖竞赛(挑战赛)、众包、创客运动等方法来激励公民科学活动。欧盟在“地平线2020”中设立了“科学与/为了社会计划”(SWAFS),明确要求将公民科学和众包服务纳入欧盟的研究与创新。“地平线2020”还提供了一个框架,公民科学组织和研究人员可以围绕这些框架巩固其工作。苏格兰的环境保护机构将公民科学纳入日常工作中。

  为更好地激励广大公众参与科学研究,为重大挑战提供解决方案,美欧在国家科研资助体系中采用了有奖竞赛(挑战赛)的资助工具。与常规计划项目在遴选项目承担者时要求研究人员必须具有研究基础的资助机制不同,有奖竞赛对参与人员没有任何要求,所有公众都可参加,英雄不论出处,谁有本事谁就揭榜,最终提供了最好解决方案的人将赢得这场竞赛,相应的奖金也归其所有。这种方式最大程度动员了公众的力量,以最短的时间和最高效的方式解决了挑战难题。

  2010年,美国政府启动了Challenge.gov网站,公众通过该网站可以发现并参与公共部门的有奖竞赛。2011年,“美国竞争法”(COMPETES)规定所有部门都有权提出不同类型的有奖竞赛。当前,美国奖励资助计划已经涵盖能源、空间探索、卫生保健、网络安全以及基础设施等多个优先领域。欧盟在“地平线2020”中把创新奖作为正式的资助工具,以解决欧盟社会中面临的重大挑战,任何人都可以参与,只要能解决欧盟所提出的创新挑战,就可以揭榜获得奖励。2018—2020年间,地平线奖的总金额为4000万欧元,每个奖项资助金额在500万~1000万欧元之间,共设有6个奖项,分别是:电动汽车用创新型电池;来自太阳的燃料:人工光合作用;传染病的早期预警;有益于社会公益的区块链;低成本太空发射;用于人道援助的低成本高技术。

  四、公民科学相关的几个重要问题

  一是如何吸引更多公众、更深入参与。当今出现了很多新方法来吸引更多公众参与公民科学,包括:通过大型媒体(例如BBC)提高公民的参与意识;利用游戏化的方式鼓励参与;开发和设计智能手机应用程序,让代表性不足的群体参与公民科学,如ExCiteS研究小组通过使用图标象征思想来克服与识字和语言相关的障碍。此外,要让公民科学家更多地参与到整个研究过程中,包括研究设计、数据收集、分析、传播等,从而更大地影响正在解决的研究问题。

  二是如何确保公民科学研究具备一定的质量。这可以通过多种方式进行,包括制定数据质量、集成和互操作性标准,由一些公民科学组织如欧洲公民科学协会、美国公民科学协会等制定指南,用第二来源对公民科学数据进行核准;使用虚拟同行或“机器人”来影响参与者的参与程度,以最大程度地减少某些贡献者完成任务太多或太少时可能发生的数据偏差风险。

  三是如何对公民科学进行有效的治理。公民科学涉及数据所有权、个人隐私、安全和知情同意等问题,需要进行有效的治理。正在探索的做法包括:利用区块链技术实现安全数据存储的同时保护参与者隐私,利用软件解决方案来删除敏感数据(例如位置数据),利用软件平台将来自不同应用程序的数据与安全数据管理系统连接起来。社会干预也越来越受到重视,包括数据信任(允许由可信中介机构来控制患者数据使用相关决策的平台)、数据合作社(决策权属于患者本人)和允许特定人访问数据的权限管理系统。公民科学家产生的数据所有权管理也是一个热门话题,可以采用知识共享许可的方法,或者建立非营利组织来对其进行管理。

  四是如何对公民科学的相关风险进行管理。越来越多的人注意到以下风险:公民科学家面临过度工作、经济负担和易受骚扰的危险,利用公民科学来获取无偿劳动,将营销活动冠以公民科学活动的称号以获得参与者,研究人员和公民科学家之间的权力不平等。为减少这些意外风险,可以采取培训和治理干预的方式,同时澄清公民科学的内涵以防止其被滥用。