在先前的文章[選題與發想] — 不知道如何開始做研究?先觀摩研究領域內的 “套路” 吧中,我們提到學術領域會有一些套路,這些套路可以讓你對該領域的研究方式與論證結構有基本的理解。

在這篇文章中,我會介紹最基本的 “套路“,也就是論文中最基本的研究架構,我們可以以此為基礎變化,並組成更複雜的論文論證結構,但基本結構是一樣的。

你可以在研讀本文外,另行拿幾篇領域內的論文來看,試著找出基本套路存在於論文的哪些部分,這可以增進你對研究的整體觀與品味。

有關閱讀論文相關可參考:2. 起步:論文的閱讀、分析、收集、整理

基本套路:研究架構4步驟

在本文中我將介紹一個研究的基本套路,並說明它的意義和作用。這個套路包括以下四個方面,許多論文的Fig.也多是按照此種順序呈現:

  1. 證明研究的前提可行,並說明如何找到研究對象或現象、可用研究標的
  2. 用更精細的系統確認所發現的研究成果為真
  3. 從生理,機制、意義等方面開拓研究發現
  4. 用補回實驗/挽救實驗再次確認研究發現為真

證明研究的前提可行,並說明如何找到研究標的

這步驟包含兩部分:證明自己的基底是正確的、說明自己如何找到自己的研究目標。

證明自己的基底是正確的

首先,在進行研究之前,我們需要確定研究的前提與假設是否正確,這是我們研究的基底。同樣的在呈現我們的研究發現給讀者前,我們也必須先證明自己的基底是正確的,才能以基底為基礎逐漸延伸出後續的成果與推論。

這些基底包括我們推論的起始、利用的材料、測量的方式等等,都被證明為正確的,我們在[思維框架] — 你的論述有根據嗎? 如何用連續QA法找到論述的基底 (base)一文中有提到三種可做為基底的物件可作為參考。

舉例而言,如果我要研究A蛋白質對小鼠免疫功能的影響,我可能需要一隻缺乏A基因的小鼠,而這時我就需要證明 “我的小鼠確實沒有A蛋白質” 這件事。若我需要比較兩種生產B產物方法的優劣,那我就必須先證明我偵測B產物的方式是正確的

這步驟是最基本的狀況,但在現實中卻常因過於簡單無新意而被忽略由此衍生出悲劇,可參見[Case study] 2. —我相信菌只會做B物質

說明自己如何找到自己的研究目標

第二件事是說明自己如何找到自己的研究目標,這個意思是 “你如何知道你要針對這個目標做研究”,這與introduction部分的研究背景不同,而是指你為何知道要研究某個具體的研究物件,這個舉體物件可以是基因、蛋白質,總之就是你整篇研究所著重的主要目標或主要發現。這在篩選型開局的研究、新基因或新發現出現時更需要解釋。

以前例而言,我可能主要發現A蛋白質會影響 K蛋白質的表現來影響小鼠的免疫反應,但研究人員不是上帝,這許多的蛋白質要從何得知他該研究或偵測K蛋白質而非G蛋白質? 除了觀落陰以外,研究者也須對此做出 “他如何找到、知道K蛋白質是關鍵” 的方法解釋,比方說做Y2H等篩選方式。

通常研究者會從多個方面、多個方法來說明都可以找到該目標,而用越多面向證明該點則可信度越高,比方說你可以再用CoIP證明一次你在Y2H的發現

找研究目標 & 題目可以參考3. 如何發想、選擇研究題目

用更精細的系統確認所發現的研究成果為真

初步研究成果可能受到干擾

在確認了研究的前提可行後,我們需要用更精細的系統來驗證研究成果,這是因為我們的初步研究成果可能受到兩原因的干擾:

首先,初步的研究發現可能是被環境操縱出來的偽陽性/偽陰性,比方說在小鼠中有效的藥物未必在人類中有效、在酵母菌中篩選出來的交互作用蛋白質未必在植物細胞中能有交互作用,這都是由於一開始執行實驗的環境可能並非最原始的環境所導致。

此外,也可能是初始篩選的研究方法不夠敏感或準確,所以篩選出的對象還得再用更精細的方式確認。比方我看到B物質在HPLC的延滯時間可能是10.5分鐘,而我有自信該溶液內沒有其他物質。即便如此,我還是必須提供更精細的測定方式如MS 來告訴讀者 “該化合物確實是B物質”。

在下定論前最好都要執行這一步,我就碰過不少例子,因為未用更精確的方式確定就草率推論導致錯誤的情況,可參考:

詳細說明一下,為何我們不在最原始環境下執行的原因

有些朋友會疑惑那為何不一開始就在最初始的環境、最精細的儀器或方法做實驗即可? 這有時是倫理因素 (像人體試驗),有些時候是時間效率因素與正確性的妥協 (如酵母菌與植物),有些時候則是金錢與效率因素 (儀器與方法),所以還是要弄清楚原因,盡量在最接近原始環境的情況下試驗。

有些朋友也可能疑惑,那使用非原始環境下篩出的東西是否也會有偽陰性,白話說就是正確答案在初步篩選時就被錯誤丟棄了,後面怎麼篩都沒用,這當然是有可能的,但我們必須在工作量與效率時間、正確性中做出平衡,只有全做才能完全避免這件事。

當我們無可避免地要在非原始環境下試驗時,那就必須告訴讀者說 “在更精細、更接近原始狀態的系統下進行試驗,一樣可以得到我所觀察到的研究發現”

在生物學常用in vivo, in vitro, ex vivo等來描述實驗的環境是否貼近原始狀態,詳細說明可參考用兩分鐘一次弄懂生物實驗中的 in vivo、in vitro 、ex vivo

從生理,機制、意義等方面開拓研究發現

等確定前二點後,我們就會從生理,機制、意義等方面開拓研究發現,盡量去增加我們研究發現的解釋範圍來增加研究價值,關於研究成果價值可參考[實驗設計] — 我的實驗數據有價值嗎?學會從這3點評估研究成果的價值。關於開拓研究的方向可以參考研究發想術、三才結構等文章。

大致上涵蓋三個方面:這可能涵蓋許多圖4以後的許多圖片,看論文大小而定。

  • 這些成果的產生機制、細節原理、發動的條件等?
  • 它們與其他反應機制、基因與蛋白質的功能與表現等有什麼關聯?
  • 它們對生物的功能、表型有什麼影響?

用補回實驗/挽救實驗再次確認研究發現為真

補回實驗的意義

在研究中最後一圖常是補回實驗,在補回實驗中,我們需要將正向或缺陷的實驗條件恢復到原始狀態,或者將原始狀態改變到正向操作的實驗條件,然後觀察是否出現相反的效果。如果出現相反的效果,則較能相信研究發現是真實和可靠的,否則該研究發現可能受到其他因素的影響,需要進一步檢驗和解釋。

補回實驗 & 挽救實驗的差異與作用

除補回實驗外,挽救實驗也是重要的研究常客,挽救實驗則常與第一步的確認基底實驗同時出現,或是緊接在後續的一張圖。

補回實驗與挽救實驗常被混淆,但兩者的本質概念並不相同。補回實驗 (complement experiement) 是 “通過補回作者調整的因子來看是否能回復原本的狀態”,這常在口語討論中出現;挽救實驗 (Rescue experiment) 則是 “反向操作是否可以展現反向結果” 的思維,我們直接看例子較清楚:

補回實驗 & 挽救實驗結尾的範例

依循前例研究A蛋白質缺陷對小鼠的免疫反應,兩種實驗分別會是以下的作法:

補回實驗:讓缺陷的小鼠重新擁有A蛋白質,是否能夠讓小鼠恢復原先正常的狀態? 具體做法可能是將A蛋白質缺陷的小鼠,透過基因轉殖的方式重新讓該小鼠能再次生產A蛋白質。

挽救實驗:沒有A蛋白質的小鼠會有免疫缺陷,那反向思考 “表現大量A蛋白質的小鼠會怎麼樣” 就是挽救實驗的做法,具體做法可能是作過度表現小鼠來處理。

完成補回實驗後,研究就可以告一段落了。當然執行補回實驗也不是每次都那麼順利,也常遇到無法順利執行的情況,如[case study] 4.—突變T基因很困難,怎麼辦?

以上所述的是一個基本套路,它可以幫助我們在研究中避免一些常見的錯誤和困難,並提高我們的研究效率和品質。當然,我們未必要按照基本套路走,而是需要根據不同的研究主題、領域和情境進行適當的調整和改進,也需要我們用個人的 “研究品味” 與對主題的了解做別出心裁的增刪。