基于科技媒體視角的研究前沿識別方法研究與實證

周群??周秋菊 冷伏海

〔摘要〕本文提出一種基于科技媒體視角的研究前沿識別與探測方法，能夠有效揭示研究前沿的重大研究突破，追蹤最新研究進展和發展趨勢。以已探測研究前沿或某主題領域最新文獻簇作為知識基礎，基于科技媒體的新聞報道、評論和觀點文章，識別知識基礎的施引文獻中具有潛在影響力的最新研究成果或進展，進而探測最新研究前沿及其發展趨勢，并以CRSIPR-Cas9研究前沿為例進行實證分析。該方法作為科學計量學識別研究前沿的重要補充，有助于情報研究人員和科研工作者更全面準確地識別研究前沿，掌握最新研究動態，也為精細化用戶情報服務提供新的思路。

〔關鍵詞〕科技媒體；新聞報道；研究前沿；研究動態；新興趨勢；研究熱點；識別方法；探測方法；情報研究；知識基礎；施引文獻

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2018.02.010

〔中圖分類號〕G311〔文獻標識碼〕A〔文章編號〕1008-0821（2018）02-0062-06

Research and Demonstration of the Method of Identifying Research

Fronts Based on Media of Science and Technology

Zhou Qun1，2Zhou Qiuju3Leng Fuhai3

（1.Library，China Agricultural University，Beijing 100193，China；

2.National Science Library，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China；

3.Institutes of Science and Development，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China）

〔Abstract〕This paper presented a method of identifying research fronts based on media of science and technology，which could effectively reveal the breakthrough of the research front，and track the latest research progress and tendency.Taking the paper cluster of detected research front or a subject area as intellectual base，the paper identified the latest research results or progress with potential impact of citing papers based on the news report，commentary and opinion of media of science and technology，and took CRSIPR-Cas9 research front for example to conduct empirical analysis.As an important supplement to identify research front by scientometrics.This method would help information researchers and researchers to identify the research front and grasp the latest research trends more timely and accurately，and provide a new idea for the refinement of user information services.

〔Key words〕media of science and technology；news report；research front；research development；emerging trends；research hotpot；identification method；detection method；intelligence study；intellectual base；citing papers

當前，全球新一輪科技革命、產業變革和軍事變革加速演進，科學探索從微觀到宏觀各個尺度上向縱深拓展，顛覆性技術不斷涌現，正在重塑世界競爭格局、改變國家力量對比，創新驅動成為許多國家謀求競爭優勢的核心戰略。科技戰略情報研究是科技創新的重要基礎，也是決策層制定發展戰略、規劃研究布局的智庫保障。科學研究前沿探測研究是科技戰略情報研究的重要方向之一，它對于戰略決策尤其是支持宏觀科技決策、支撐重要領域科技創新的全局性、前瞻性、戰略性的科技戰略情報服務和研究起著重要作用。

在科研領域，科學研究前沿有很多相似或相近的概念，如新興趨勢、研究熱點、熱點領域、新興主題或潛在知識等，其定義也沒有形成統一的認識，通常根據其特點來描述，如先進性、時效性、具有發展潛力和較高的關注度等，具備這些特點的研究主題或研究領域可以被認為是研究前沿。因此，研究前沿的識別與探測更加注重及時發現、準確揭示和科學判斷，進而評估其演進與發展趨勢，為科技創新戰略決策提供有效支撐。

本文梳理了研究前沿的識別與探測方法相關研究，提出一種基于科技媒體視角的研究前沿識別與探測方法，作為科學計量學識別研究前沿的重要補充，該方法有助于情報研究人員和科研工作者更及時準確地識別研究前沿，掌握最新研究動態，對于科學家和決策者們從科學知識體系中探索到一些新的趨勢具有重要意義。

1相關研究

研究前沿是最具發展潛力的新興研究領域或研究主題，在每個學科內部非常活躍，具備鮮明的活動規律，這種規律突出表現在研究成果數量以較快的加速度增長，且有較強的學術輻射力，形成了一定的研究規模和影響力。研究前沿的出現和發展通常伴隨著文獻計量學特征的變化，如某主題文獻數量的突增、引文關系的異常變化或新主題詞的大量出現等，捕捉和跟蹤這些特征，并基于專家知識研判或可視化工具呈現研究前沿已經成為識別和探測研究前沿的主要方法。

Price將一組高被引文獻簇視為研究前沿[1]，Small在此基礎上將研究前沿表述為共被引文獻簇，并提出利用共被引分析方法分析高被引論文及其引文網絡，并以此建立了ESI數據庫中的“Research Fronts”[2]。Garfield則將研究前沿定義為高被引文獻及其施引文獻的集合，認為研究前沿的主題可以通過抽取施引文獻標題中頻次最高的詞或詞組來表征[3]。還有學者將研究前沿定義為一組突發的概念、新興趨勢及其基本研究問題，即基于文獻的集中主題詞及其變化，通過描述和強調不同研究主題之間的關系揭示學科領域的發展和研究熱點[4]。

基于文獻計量學特征識別和探測研究前沿的方法中，以引文分析和主題詞分析研究最為常見，國內有許多學者對其詳細歸納與論述[5-7]。基于引文層面的聚類分析方法局限性在于引文滯后性和最新文獻簇的缺失[8]，使得無法及時捕捉研究前沿的發展趨勢和動態特征。很多學者試圖從文本內容入手探測研究前沿，如基于詞頻或共詞分析的主題詞方法和文本挖掘探測方法，Kleinberg提出考慮詞頻變化密度的突破檢測算法探測研究前沿[9]，陳超美在CiteSpaceⅡ軟件中采用了Kleinberg突發詞檢測算法來獲取某一研究前沿主題描述[10]，在研究前沿和熱點的識別中得到廣泛應用[11]；Callon等將共詞分析技術作為一種有效可視化文本數據信息項之間關聯強度的內容分析技術[12]。近幾年來，基于文本挖掘的自動化系統也發展迅速[13]。基于文本內容的識別方法比引文分析方法更加直接，有效規避了引文滯后性的缺點，但大多以詞語為基本分析單元，詞語表達的意思不夠具體，在不同語境下的含義也不盡相同[14]，一系列單詞的組合可能無法揭示和描述研究前沿的最新趨勢和發展情況。Bakker等利用專家知識借助科技媒體新聞報道、評論和期刊文章內容探測研究前沿和新興研究領域[15]，Alkemade等運用歷史事件分析方法，通讀荷蘭報紙和專業學術期刊的相關新聞事件報道和文章，進而預測新興技術發展[16]。盡管基于專家的研究前沿識別方法已經不能滿足當前科技信息大爆炸的時代需求，但在實際應用中，基于專家的解讀和研判仍具有不可替代性，通常和計算機自動識別技術結合在一起使用。

研究前沿是不斷發展的，對研究前沿的趨勢跟蹤和研判本質上仍然是對“最新的”研究前沿的識別和探測。Persson明確地區分研究前沿和知識基礎（Intellectual Base）兩個概念，其中知識基礎由同被引文獻簇表示，研究前沿則是由文獻耦合方法生成的、與知識基礎有引證關系的文獻群[17]。在已有的研究成果中，對已知研究重點領域進行回顧的較多，挖掘遴選潛在“前沿領域”的較少，對研究領域不同階段的研究前沿發展脈絡梳理和演進研究也不多見。如何確定研究前沿所代表的科研新趨勢可能轉化為該領域的重要基礎研究，還是因缺乏長期的科研價值而衰退或最終蒸發消亡，對于研究前沿的識別與探測研究仍然是一項具有挑戰性的課題。

2研究設計

近幾年來，科技媒體已經成為人們獲取科學信息和追蹤科學研究進展的主要途徑[19]，越來越多的全球性或專業領域的重大突破以新聞報道和評論的形式呈現在公眾視野中，并逐漸成為科研人員和管理者關注的焦點，也為情報研究人員識別科技研究前沿提供了新的方法和視角。早在1996年，美國國防高級研究計劃署（DARPA）就曾希望開發出一種自動新聞主題發現系統來識別研究前沿[19]。通過科技媒體對重大研究進展的關注和解讀識別研究前沿，本質上是以科技媒體為數據源識別和預測具有潛在影響力的最新研究成果或進展，進而探測研究前沿的發展趨勢和動態特征。基于科技媒體視角的研究前沿識別框架與流程見圖1。

本文以已探測研究前沿或某主題領域最新文獻簇作為知識基礎，借助科技媒體的及時快速的新聞敏感性優勢識別其施引文獻，通過解讀科技媒體的新聞報道、研究進展評論和觀點文章等文本內容，捕捉在該知識基礎的基礎上的新發現和新突破。識別方法流程可劃為3個階段：階段1，知識基礎及施引文獻獲取；階段2，科技媒體信息源的選擇和新聞報道采集；階段3，經數據映射比對后獲取系列重要文獻，由專家判讀后作為最新研究前沿。

21階段1：知識基礎及施引文獻獲取

研究前沿的識別與探測研究大都是為了幫助情報人員和科學家對潛在研究前沿預判，即通過其文獻計量特征的變化，從目前較為“新穎”的文獻中提取出來一些具有“潛在價值”的文獻信息。跟蹤利用研究前沿的核心論文，對其施引文獻的分析，可以發現該前沿的最新進展和發展方向。有學者比較了直接引用、同被引分析、文獻耦合等引文分析方法在識別與探測研究前沿的區別，發現基于直接引證的引文網絡具有更高的內容相似性[20]。尤其是當識別對象不是大規模文獻集時，直接引用能在微觀上較早探測到較新、較大的類簇，能更直接揭示研究領域的內容結構特征和發展趨勢，不容易遺漏新出現的研究前沿且識別效果較好[21]。圖1知識基礎的形成可以是某個研究主題領域下的高度相關的文獻簇，如通過構建檢索式在數據庫中檢索得到；也可以是以高被引文獻簇來表征的已探測到的研究前沿。

施引數據主要從時間、文獻類型和權威期刊篩選等方面進行清洗，以保證獲取最新的具有較高影響力的施引文獻集合。本文以《2015研究前沿》以重點前沿“CRISPR-Cas9系統免疫機制及其在基因組編輯的應用”為例，簡述施引數據的清洗過程。由中國科學院文獻情報中心和湯森路透公司聯合發布《2015研究前沿》，以文獻計量學中的共被引分析方法為基礎，基于湯森路透的ESI數據庫中的10 839個Rearch Fronts，遴選出自然科學和社會科學的10個大學科領域排名位于最前面的100熱點前沿和若干新興前沿。以該前沿49篇核心論文作為本例的知識基礎，在Web of Science數據庫中累計施引數據（頻次）16 540篇，下載時間為2016年4月19日，去重后為4 057篇文獻。然后根據JCR期刊分區篩選具有領域影響力的期刊。JCR期刊分區數據以JCR期刊影響因子與被引頻次為基礎，利用期刊分區算法得出，為國內期刊評價工作提供了重要依據。在2015年以來1979篇文獻中選擇1區文獻共659篇，并去除其它文獻類型，只保留Article 424篇和Review 168篇。最終得到592篇施引文獻信息，包含文獻標題、作者、機構、來源刊、出版時間和DOI號等詳細信息。

22階段2：科技媒體信息源的處理和新聞報道采集

當前的科技媒體主要包括權威科技期刊、行業協會網站、綜合性科技網站及其社交網絡等，其新聞報道、評論和觀點文章經過同行評審與解讀，具有較高專業學術價值和新穎性，更能代表新興技術和最新研究突破。科技媒體信息源的選擇至關重要，它不僅可以確保科學研究前沿信息在第一時間及時地傳播給讀者，也可保證信息的專業性與權威性，避免出現傳統搜索引擎存在虛假信息和重復率過高等問題。由于研究前沿具有明顯的學科特征，對于研究人員來講，需要有針對性的掌握領域發展前沿和趨勢，從而更深入和精確地進行研究，因此不同學科領域研究前沿的識別需要針對學科特點選擇科技媒體，除了如Nature和Science等綜合性科技媒體，專業性學術期刊和行業協會網站，通常依據科研人員的學科背景或專家推薦選擇1～2個影響力或關注度較高的媒體。其選擇標準和特點見表1。

網絡數據采集作為網絡、數據庫與機器學習等領域的交匯點，已經成為滿足個性化網絡數據需求的最佳實踐。科技媒體的數據結構復雜，數據獲取工作量大，其更新速度、載文量和欄目板塊的設置都對數據的采集提出了更高的要求。數據采集主要流程是遍歷目標網頁，采集信息，經過數據清洗和存儲后提供可用的數據。在確定科技媒體信息源后，選取與重大突破和最新進展報道相關的欄目，如News、Research Highlights、Latest News等。數據的內容獲取按照寬度優先遍歷的策略遍歷網頁連接中所有的網頁，分析網頁，獲取滿足需求的信息，采集新聞報道的URL鏈接、標題、時間、作者和正文5個部分，其中新聞報道的正文文末引文通常包含文獻信息的標題和DOI號，二者是用于施引文獻信息比對識別的關鍵信息，個別信息缺失需要返回URL鏈接手動補充并完善。

以Nature為例。Nature所屬的自然出版集團2004年宣布成立科學新聞網站，充分借助媒體擴大論文及作者的影響，在出版前發布新聞稿，供媒體報道，使其作者和文章受到世界上最重要的報紙、雜志、廣播和電視等新聞媒體最大程度的關注。

Nature將所有欄目文檔劃分至5大學科領域，如圖2所示，選擇階段1案例中的待解讀前沿所屬領域Biological Science，經統計，上述數據所屬欄目共分為Article、Letter、News、Review、Research Highlight、Editorial等28類，選取與新聞報道相關，尤其是與最新研究進展相關的欄目（News、News and View、Research Highlight、News Feature、Reviews）數據，共采集2015年最新數據共1 003條。

23階段3：重要文獻的識別比對與解讀

本研究將經科技媒體報道的施引文獻視為該研究前沿最新研究進展的重要文獻，數據映射比對基于SQL Server比對識別文獻標題和DOI號，得到重要文獻列表，即上述階段1和階段2所得兩個數據集合的交集部分。文獻的解讀，可根據科研人員的具體需求獲取全文，或通過科技媒體中的專家評議及觀點，獲取最新進展的意義及影響等解讀，更具權威性。

3實證分析：以CRSIPR-Cas9研究前沿為例

CRISPR-Cas技術作為最新涌現的基因組編輯工具，為構建更高效的基因定點修飾技術提供了全新的平臺，目前已被成功應用于多個動植物的功能研究。2014年CRISPR-Cas系統首次作為新興前沿出現，隨后于2015年成為熱點前沿，其正處于一個相對較新穎并快速發展的時期，突破性研究進展不斷涌現。本研究以《2015研究前沿》中的重點前沿“CRISPR-Cas9系統免疫機制及其在基因組編輯的應用”為例，選取Nature和Science兩大綜合性期刊識別研究前沿重要文獻，經數據庫映射比對與解讀，得到重要文獻19篇，按發表時間倒序排列，其中Article 17篇（編號1、2、4～9、11～19），Review 2篇（編號3、10），根據研究內容可以分為CRISPR-Cas9技術的改進和應用研究兩個方面，重要文獻信息見表2。

31CRISPR-Cas9技術的改進

CRISPR-Cas9系統的暫時性開啟或關閉；CRISPR-Cas9系統的作用效果是持續性的，而研究人員有時需要在特定位點暫時性的啟動或關閉基因表達。為此，科學家們報道了一系列不同的方法，達到了相似的目的，文獻[12]制造出只有在藍光刺激下才具備基因組編輯能力的Cas9酶；文獻[17]構建只有在藍光照射下才具有活性的CRISPR-Cas9體系，利用光遺傳學系統對細胞行為進行精確的時空控制；文獻[16]設計了一個通過化合物強力霉素激活的CRISPR-Cas9系統，同樣達到了控制該系統起作用的目的。

CRISPR-Cas9系統準確性、專一性和安全性的提高；CRISPR-Cas系統廣泛存在于細菌和古細菌中，但原始DNA修復系統通常會產生一定的錯誤。CRISPR-Cas9技術的發起人之一，美國博德研究所的張鋒團隊成功將基因編輯中的脫靶效應降低到了幾乎無法檢測的水平（文獻[4]），這可能打開治療遺傳疾病的大門；該團隊還發現一種不同的CRISPR系統（文獻[11]），其有潛力實現更簡單、更精確的基因組工程操作，甚至可用于編輯人類細胞基因組；再次，該團隊還發現了一種高效的Cas9核酸酶（文獻[15]），攻克了體內基因組編輯面臨的一個主要挑戰，有助于CRISPR工具箱更容易地應用于體內實驗和治療用途。最后，張鋒團隊對該技術進行改造使其可以在活細胞中有效啟動任何基因，快速對整個基因組進行功能篩選，幫助人們鑒定涉及特定疾病的基因（文獻[18]）。此外，文獻2發現一種改良版本的新型CRISPR-Cas9核酸酶，可以將脫靶率降低至無法檢測到的水平；文獻[14]也采用小分子激活條件性Cas9蛋白的新策略，將基因組編輯的特異性提高了25倍，大大擴展了這一基因編輯技術應用的過程。

32CRISPR-Cas9技術的應用

CRISPR-Cas9技術推進生物安全法規的立法進程；植物科學家利用CRISPR-Cas9技術對農作物進行改造，引起監管機構爭議，歐盟已立法將此類植物歸為轉基因生物。文獻[8]利用CRISPR-Cas9技術在不引入外源基因的前提下刪除特定基因，從而獲得可以繞過國家生物安全法規的改良植株。該項工作被認為是具有里程碑式的突破性進展，也促使歐盟和美國正在考慮對最新技術立法。

CRISPR精確地控制基因開啟及激活的時間；文獻[13]認為擁有操控表觀基因組的能力將可能為基因治療及引導干細胞分化提供一條新途徑；文獻[19]為構造合成基因表達如重組細胞命運或設計代謝途徑提供了強有力的工具。文獻[1]利用CRISPR-Cas9技術在4萬個字母的序列中引發突變，將結果繪制成了展示增強基因表達的DNA序列圖譜。

CRISPR推進了豬器官向人體移植的進程；文獻[9]在豬細胞中應用CRISPR編輯方法破壞了豬基因組62個位點的潛在有害DNA序列。這有可能是迄今為止通過CRISPR實現精確、廣泛遺傳改變最極端的例子。它也為人們帶了希望：這一技術最終可讓豬器官適合于人體。

利用CRISPR-Cas9技術消滅昆蟲傳播疾病；文獻7報告了一種基于CRISPR-Cas9的基因驅動系統改造的蚊子品系，它能夠通過后代將瘧疾阻斷基因快速導入蚊子種群，最終消滅這種蚊子向人類傳播瘧疾的能力。文獻[5]對岡比亞按蚊進行了遺傳改造，這種改造有可能大大減少或消滅當地的瘧蚊種群，他們的研究成果朝著開發出新的傳病媒介控制方法邁出了重要的一步。與此同時，許多科學家又擔心上述蚊子的傳播可能會出現無意識或未知的生態后果，甚至傷及整個生態系統，文獻[6]利用釀酒酵母研發保護措施，率先制定了積極的生物安全措施，確保可在受限的實驗室試驗中有效安全地研究基因驅動，更加凸顯CRISPR強大的實用價值。

33研究前沿識別結果討論

CRISPR-Cas9作為基礎的工具，已經滿足了基因組編輯以及表觀遺傳學調控所需要的一個有效的、可編程的、容易使用的平臺。因此，這個領域正在飛速發展，并快速發現新的方法來適應這個系統。從研究內容上看，對CRISPR-Cas9技術不斷改進，提高準確率和安全性，不斷推動用于醫療的可能性，成為研究人員的主要方向（共9篇，編號2、4、11、12、14～18）。此外，該技術應用也不斷得到拓展，涉及相關文獻8篇（編號1、5～9、13、19），顯示研究人員不斷發揮該技術推動基因編輯的巨大應用潛力，將其用于改造不同的實驗材料或克服現存的實驗難題，主要涉及植物基因編輯、表觀遺傳學、高通量圖位克隆、器官移植和基因驅動等。

通過對上述最新研究進展的解讀分析，研究人員可以預見到許多激動人心的應用前景，例如通過調節內源性位點上的表達，探測新類別的非編碼基因功能，以及應用于人類基因治療的新范式。CRISPR-Cas9系統極有可能是未來精確和高效基因修飾的解決辦法，在臨床醫療、基礎理論研究和農牧漁業等領域必將發揮巨大的作用，并對分子生物學研究和基因治療領域產生深遠的影響。

4結語

近幾年來，科學研究前沿的識別與探測主要仍是利用已經發表的論文數據，其手段集中于跟蹤和利用其計量學信號，但當某主題領域顯示出或強或弱的計量學信號時，該研究領域已經發展到一定規模，此時的跟進式研究難以在基礎前沿和關鍵技術研發中發揮引領作用，使得科技戰略情報服務信息價值與智力支撐受到制約。研究前沿最初往往起源于一篇或少數幾篇文獻中包含的某種思想、方法或技術，其規模難以引起計量學特征的變化。本文在梳理相關研究的基礎上提出一種新的識別與探測研究前沿的方法，即基于科技媒體的新聞報道、評論和觀點文章篩選重要施引文獻，識別和預測具有潛在影響力的最新研究成果或進展，進而探測研究前沿的發展趨勢和動態特征。該方法在有效揭示該領域的重大突破的同時，能夠幫助研究人員通過媒體報道獲取各領域專家對研究進展的評價和預測，及時掌握研究前沿動態，對于提高科技決策的信息依據，促進科技創新與發展也具有積極意義。

基于科技媒體視角的研究前沿識別方法仍處于嘗試性研究階段，存在很多可能引起誤差的因素和局限。媒體信息源的選擇目前沒有客觀的標準或共識，雖然對信息源的規范能夠排除大量轉載和干擾信息，但選擇具有一定的主觀性，許多媒體報道更多傾向其旗下刊物，對最新的重要研究進展的覆蓋可能不夠全面；網絡數據采集的過程繁瑣，獲取難度較大，技術性要求較高，對不同的科技媒體源需要制定不同的采集流程；不包含文獻標題或DOI等關鍵信息的報道難以識別，造成信息丟失，人工識別比對耗時較長；對數據采集本身而言，網絡的復雜性，網絡數據格式不友好，目標數據標簽找不到也會對數據的采集造成困擾。

目前，研究前沿的識別和探測已由單一數據源分析逐漸向多源數據的對比分析轉變，除了傳統的論文數據，科技規劃文本、正在研發的項目數據、科學論文使用數據和替代計量數據等數據源同樣可以作為研究前沿探測的數據源[6，22]，但尚未有人注意到科技媒體在研究前沿識別上蘊含著的巨大潛力，雖然現階段對其進行挖掘、抽取與利用的難度較大，但隨著網絡數據的規范化與文本挖掘技術的進一步發展，科技媒體憑借其反應快速，觀點權威等特點必將在研究前沿的探測識別上發揮更大的實際效用。而在創新驅動戰略和新技術環境下，搭建起基于大數據的信息資源平臺，通過挖掘技術以及分析技術為科研人員提供個性化、精準化和定制化的信息，一定能夠更好地為重要領域的科技創新提供前瞻性和戰略性的情報服務。

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（責任編輯：孫國雷）