Towards Integrating Control and Information Theories: From Information-Theoretic Measures to Control Performance Limitations By Song Fang, Jie Chen, and Hideaki Ishii This book is an attempt towards bridging control theory and information theory to characterize the fundamental limitations of generic feedback systems; in particular, we aim to develop an information-theoretic framework to analyze the performance bounds and design trade-offs that are prevalent in all possible feedback systems. Towards this end, the book introduces new entropic measures compatible with the analysis of feedback control systems and studies various classes of performance limitation relations. In addition, we examine the implications of the results in the context of state estimation and correspondingly obtain generic bounds on estimation errors. It is also worth mentioning that, thanks to the information-theoretic analysis, the aforementioned performance limits are valid for arbitrary causal controllers or estimators, whether they be designed using conventional approaches or, say, machine learning methods (learning in the loop). 链接： https://www.springer.com/us/book/9783319492889
本文是即“重新发现信息社会”之后的第二篇教学文章，旨在通过一些“思想实验”厘清STS中不甚明了的“社会技术想象”的概念及其运作方式。很明显，行文中不但秉承了Latour一贯的做法，更是将其屡屡提到的“人与枪”的案例搬了回来。从这个意义上讲，文中所提到的“社会技术想象”的概念，是对Jasanoff原概念的一种扩充。原文已经发表在《自然辩证法通讯》 2012 年第 4 期 ：61-67 上，并在此特别感谢期刊英文编辑韩彩英 hcaiying@sxu.edu.cn教授对英文摘要的斧正。 摘 要： 找不到创新型城市建设与城市发展机制之间的抓手，是“指标化”创新型城市理念下无法解决的问题。本文通过引入STS中新近出现的社会技术想象的概念，并通过思想实验的方式将概念理论化认为，社会技术想象能够成为引导并形塑未来的重要资源，但这一机制只有在同时满足与技术和人工物结盟、对外“黑箱化”和对内“开放化”的条件下才能够达成。在理论本源上，创新型城市的系统论预设决定了其先天不足；在实践过程中，指标化和个案化的抽离也会让人忽略城市整体发展的全貌。因此，发展中国家创新型城市的建设必须同其他城市治理技术和城市化人工物结盟，并重新团结被指标排除在外的力量，想象自我实现的预言才可以达成。 关键词：社会技术想象 创新型城市 黑箱化 “城市的发展就是衡量现代化的尺度”〔1〕，城市也是国家经济中产业创新和增长的主要动力〔2〕。在“城市化，高技术，全球化”的推动下，以信息、知识、人才、创业投资为基本要素的知识经济必然在要素资源密集的中心城市迅速发展起来，进而城市的发展必然通过创新来引领，也被喻为放之四海而皆准的法则〔3〕。在这样一种形势下，世界各国的政策制定者都纷纷将建设创新型城市作为维系城市乃至整个国家可持续发展的一项关键性举措。我国的发改委和科技部两个部门，也分别、分批对17和38个城市（和地区）展开创新型城市的试点。地方提出建设创新型城市这一目标的城市总数，则超过了200个。甚至在政府高层的讲话中也使用了这样一种话语：要以加快建设国家创新型城市为抓手，把提高自主创新能力，作为加快经济发展方式的“牛鼻子”，推动经济发展步入创新驱动的内涵式增长轨道。 然而不管是在学术界还是政策界当中，对于什么是创新型城市以及如何建设创新型城市都尚未形成有效共识；创新型城市发展的“指标化”，即单纯强调创新绩效达到某些“普适性”指标，却忽略了城市发展的个性特征以及城市创新职能和其他职能之间的协调关系的倾向也依然很严重〔4〕。这样一来，如何找到创新型城市建设与城市经济和社会整体发展机制之间的抓手又就成了亟待解决的问题。 一、创新型城市：从标杆到想象的辩证法 从某种意义上讲，创新型城市“指标化”的政策工具设计源于标杆（bench-marking）管理的理念。所谓标杆管理是指通过不断寻找和研究“最佳实践”（best practice），并以此为基准与自身进行比较、分析、判断，从而不断接近或赶超一流的“范本”的实践过程。诚然包括欧盟等在内的很多国际组织，都把标杆作为推进各国之间政策相互学习的一项重要举措。但一方面标杆的核心仅在于激励欧盟成员国追逐“最佳”的政策供给，而并不是去设立一种类似于国家福利策略的最低纲领〔5〕。同时由于标杆本身模仿创新的本质，过分的指标化也很容易使学习者陷入“落后-标杆-再落后-再标杆”的标杆陷阱。事实上，IBM、通用电器公司和柯达等公司在复印机刚刚问世时，就曾将复印机领先者施乐公司作为标杆。结果IBM和通用电器陷入了无休止的追赶游戏之中，无法自拔，最后不得不退出复印机市场。因此城市作为一个复杂的社会技术系统（sociotechnical system），简单地通过指标化的抽离实现理想中的“趋同”更是不可能的。那么提出创新型城市建设的口号，意义又何在呢？STS中新近出现的社会技术想象（sociotechnical imaginaries）这一概念恰恰可以给出一种新思路。 社会技术想象是指由反映在（国家）特定的科学技术实践的设计和完成中的，社会生活和社会秩序所构成的集体想象，即（国家）相信应该去达到的可预期、可规划的（attainable and prescribe）未来〔6〕。也可以认为，面向未来和社会-技术的秩序构成是社会技术想象理念的两个最基本内容。 首先就面向未来的层面而言，社会技术想象和更早出现的技术预期（technology expectation）或愿景（vision）等概念十分接近。想象因此也可以被看作是未来的某种表述（representations）。换言之，通过创造出一个解决方案得以实现、现实状况得以彰显、错误纰漏得以纠正的场域，想象实际上是“创生”出了一种联系现在和未来的方式〔7〕,〔8〕。或者说通过描画未来，其他行动者可以找到参与预期如何具象地抓住并引导行动者注意的理由。甚至可以认为：想象如同一个自我实现的预言（self-fulfilling prophecy）一般，能够为一切行动提供框架性结构和合法性——这也正是除汲取知识以外促动政策学习的另外一个重要因素〔9〕——即便是那些有着与生俱来的不确定性因素的也不例外〔10〕。但仍需指出的是，想象的自我实现并不是依靠预言般的某种神奇魔力，而是因为处在社会-技术系统当中的行动者接受了这个预言并依“法”行事〔10〕。所谓的社会-技术的秩序构成，也便是如此：虽然原则上想象不仅可以帮助招募外部的行动者（或剔除竞争者），且引导并形塑他们的行为。但在实际中，社会技术想象也并不是一个静止，或者有着牢固边界的信仰体系。且仅有部分想象能够产生效力，而其他的则只是流于形式，即无法对物质的、社会的，或是制度行动产生影响〔10〕,〔11〕。因此，社会技术想象也超越了“人们想象他们的社会存在、他们如何与他人和谐共处的方式……以及潜藏在这些预期背后的更深层次的规范性观念和图景”，或是“使共同的实践和广泛共享的正当性感觉成为可能的共同理解”（即单纯的社会想象），而是通过和包括技术、人工物在内的异质性行动者的磋商而“后验”建构的〔12〕。进而，想象所衍生出的权力和合法性，必然也是异质性行动者互动和磋商中所建构出来的结果，而不只是原因〔13〕——这也便是社会技术想象同现实所构成的辩证法。 具体而言，有关于科学、技术与社会的想象可以分为技术愿景和规制预期两种：其中前者是指形塑学术界和产业界当中科学研究的技术期许；而后者作为一种处于政治文化和结构利益之间的中介性因素，不仅仅是单纯的对未来“希望”和“承诺”，更是一个不断通过切实的寻找并创造证据“证实”需求标准（demanding standards）的过程〔14〕。不管是哪种情况，社会技术想象下的创新型城市，都代表了一种面向通过创新引领城市发展未来的，包括（体现为城市景观等的）技术和人工物在内的一切社会秩序的演进过程。和其他的社会技术想象一样，创新型城市也总是“由于一直面向并嵌入未来的图景，从而联结了技术和社会的相关议题”〔15〕。从这个意义上讲，衡量创新型城市的诸多指标也可以被看作是一种简化了的社会技术想象。在理想的情况下，如果能够通过该想象得以实现预期性的话语和实践的结构化，就可以最终“设计”城市创新的未来〔16〕。那么这样一种机制又是如何实现的呢？ 二、思想实验：社会技术想象如何运作 可惜的是，就连理论提出的原作者也并没有给出太多社会技术想象如何运作的例证，而更多只是将其停留在可供比较的概念层面。但这并不妨碍我们对其机制进行理解，毕竟STS大量的案例研究为我们的思想实验提供了丰富的宝藏——本文也将进行这一尝试。 先从一个最简单的谈起。拉图尔（B. Latour）曾给出过一个非常经典的“人与枪”的例子。在他看来，不管是说“枪杀人”（唯物主义的客观描述）还是“人杀人”（枪只是一个中立的工具）都有失偏颇。相反，当一个人手上有一把枪并用它来杀人时，他才变成一个“枪手”。而“杀人”这个行为，既不能仅仅看作是“枪手”意图的结果，也不只是枪开火的物理过程使然——而是两者的联结造就了这一切〔17〕。其实这个故事已经包含了社会-技术秩序构成的部分，只需要再面向未来便是社会技术想象所描画的图景——其实对此我们也并不陌生，比如很多红色影视作品中经常出现的桥段：八路军在弹药匮乏的情况下，常常用一些子弹大小的树枝、木条“充实”子弹袋。这样一来，鬼子从外形上什么也看不出来，从而八路军、枪、假子弹和鬼子之间也就构成了一种具有威慑力的社会-技术新秩序——特别是在和八路军进行遭遇战“吃亏”以后。然而正如前文所说的那样，社会技术想象的建构往往会由于异质性行动者的介入而变得更佳复杂。平奇（T. J. Pinch）和比克（W. E. Bijker）对19世纪下半叶自行车技术“多向模式”（multidirectional model）演化的案例分析就表明：竞争性的相关社会群体（relevant social group）对于同样的技术和人工物有着不同的问题界定，而且不同的社会技术想象往往也可以在一定程度上共存〔18〕。 接下来让我们再看一个更为复杂的案例。17世纪六七十年代的英国，曾经爆发出一场是否真正的存在真空（还是有某种以太）及其背后社会意涵的著名争论——其本质也可以解释成不同社会技术想象之间的竞争。 争论的一方是如今被标定为机械论哲学家、政治学家的托马斯•霍布斯。针对当时英国内战正酣的状况，霍布斯构筑了一种通过权力（利维坦）统摄一切的社会技术想象，就连有关自然界的知识也不能例外。停止内战、恢复秩序的愿景和逻辑成为了这个想象最好的支撑，直到罗伯特•波义耳等人所发起的英国皇家学会却将其进行的一系列改革归于无形——因为皇家学会的宗旨号称是不必经过政府批准、不对政府任何部门负责，以及国家无法凌驾于他们可以独立表达意见的“封闭空间”。更为糟糕的是，这个新的小圈子竟然将关注点聚焦在了空气泵的实验之上，甚至将非物质体——真空请了回来。对于霍布斯而言，这种对未来社会-技术秩序的新构想无异于借助于完全制造出来的实验室事实，以“自然”之名来挑战政治权威，最终导致知识和权力的再次分开甚至内战。 面对霍布斯由理论推定而做出的指责，波义耳采取了另外一种巩固社会技术想象的途径。当时，实验还不是“不证自明”地寻找科学知识的方法。波义耳认为，要获得更多“盟友”的支持就必须通过某种政治结盟的途径实现对“自然”的代言。他首先搁置了普满论（plenist）和真空论（vacuist）的争议，转而讨论空气的压力、弹力和重量问题，从而也在霍布斯的“内战”预设和自己所能提供的另外一种选择之间划清了界限。本着一种人们长久以来所信奉的“眼见为实”的理念，他还设计出被喻为“那个时代的粒子回旋加速器”的空气泵装置。需要指出的是，空气泵设计的精妙之处并不仅仅在于能够提升感官局限，而是可以使得观察者看到玻璃试管内部的情况，并进而引导甚至控制实验的发展。于是每当某个贵族大公光临科学聚会时，空气泵的神奇便不可避免地被展示一番。当技术人员屏住呼吸，小心翼翼地操作那透明却又封闭的空气泵，泵中倒置的托里拆利试管的水银面又有明确的下降时，实验室变成了一个生产知识的公共空间——与此前炼金术士的“密室”甚至霍布斯相对封闭的逻辑推演都形成了鲜明的对照。在波义耳看来，结盟的最好方式就是见证。他的合作者罗伯特•胡克甚至将这种实验记录的程序编成皇家学会的典籍，并强调实验“必须要有实验时在场者一定数量的签名”方为有效。有趣的是在新秩序得以建立之前，证人资格的选定上显然也借助旧秩序的权威——同样是作为见证人，一般认为牛津大学的教授比牛津郡的庄稼汉更为可靠——波义耳对此也从不否认。 除了现场的见证以外，鼓励进行重复性实验成为了增衍见证的另一个有效的方法。为了能让可能的新盟友感受到这种仪式性的力量，已经处于“圈内”的人往往通过“记下种种事物及其周糟相关细节”的实验程序报告之方式（早期还包括了耗资巨大的仿真雕版画）勾勒出关于未来的秩序脚本。到了后来，甚至必要的重复都已经不必要了（当然是在科学的诚信和产出率受到质疑之前，那已经是三个世纪以后的事了）：只需要通过某种无止境的虚拟见证（virtual witnessing）的方式，经由实验去发现科学事实的预言就可以自我实现。结果很自然地，波义耳空气弹力学说的接受速度与实验者共同体及其设备的发展速度保持了惊人的一致。随着实验方法不断被学术共同体和社会所接受，作为17世纪中叶最重要的机械哲学家之一的霍布斯，在18世纪末也基本上被逐出了科技史的舞台〔19〕。 由上述两个案例不难看出社会技术想象如何运作的“一般性规律”：首先不同于一般意义上的社会想象，社会技术想象是社会且文化地嵌入在对未来的憧憬当中的，自然也受到了当下种种条件的制约〔20〕。它不仅是对于未来的修辞，而且也在于这些修辞的物质形式在特定的、可以发挥其作用的时间和空间出现〔21〕。比如树枝、木条被放在八路军的子弹袋当中，故意给鬼子看到；又比如作为一种铭写装置（inscription devices）的空气泵出现在实验室里，并邀请社会名流来共同见证等等。因此社会技术想象得以运作的第一个条件就是同技术和人工物进行结盟。 其次，想象作为一种筹划“未来世界”甚至能够影响从个人到制度的预期乃至日常生活公共话语的隐含预设、价值观和愿景，必须排除掉（甚至利用）竞争性的想象和作为旧秩序的现实〔22〕。而排除的诀窍就是充分利用物质性的“黑箱化”（black-boxed）。比如在八路军的个案中，战士、枪械、真子弹和假子弹是通过一个“黑箱”展示给规则的，即从联盟的外部无法得知内部的真实运作状况；利维坦与空气泵的案例也是如此：对于非科学家共同体的外部而言，实验室和复杂的科学仪器都被“黑箱化”了。换言之，如果想进入到他们的行动者世界（actor world）就必须遵从“黑箱”内部既定的见证事实的既定规则。 第三，正因为想象的核心功用是作为招募其他行动者的主要资源，想象与现实之间的耦合机制还是要对内部“开放化”（un-black-boxed）的〔23〕。即由于不同层面的社会行动者对于未来的期许也许会相互平行乃至相互冲突，占据着不同的时间框架、持有不同的利益，想象必须很好的解释未来的脚本为何以及如何围绕着某个特定的图景如此达成〔24〕——在同外部划清界限以后，这一点对于内部联盟的稳固尤为重要。比如八路军的战士自己要知道哪些子弹为真，从而在战场上才能够良好的统筹射击而不至于不自量力。再比如不管是演示实验的现场见证还是重复实验的虚拟见证，终究还需要有一些因果关系的解释才能够将科学家们招募到“真空论”的旗帜之下而不至于指鹿为马。 三、何种想象：创新型城市发展之问 正如思想实验向大家所展示的：与技术和人工物结盟、对外“黑箱化”和对内“开放化”是使得当下顺利地演进到特定为未来的三条至关重要的机制性保障。那么创新型城市理念的提出能否满足上述条件，建设创新型城市能否成为一种引领未来的社会技术想象，还是只能遗憾地止步在臆想（wishful thinking）的层面呢？ 从创新型城市的理论本源来看，理论的提出更多被看作是国家创新系统以及后来区域创新系统理论等的延伸。作为其母理论的创新系统理论产生于20世纪80年代，特别是源于“日本奇迹”后对放任自由主义市场模式的华盛顿共识的反思。其中创新强调的是超越传统线性模式的、包含了创新的扩散、应用和首次市场引入等路径依赖的复杂过程。而系统则强调的是由创新主体所组成的整体大于部分之和，以及创新主体和要素之间的互动和相互关系才是关乎整体绩效的关键。在当时系统论的风潮之下，创新系统理论也不约而同地将共同演化和自组织标榜为系统运作机制的主要特征〔25〕。虽然该理念已经被很多国家和国际组织的政策制定者所接受，但仍由于只能停留在“指标化”和“个案化”分析的阶段而往往有着“增长的会计账练习”（growth accounting exercises）之嫌。或者可以更佳明确的说，已有的创新系统理论只能通过事实上的成功，后验地总结出特定与境下存在的所谓“创新动态机制”。 把几乎所有因素纳入考量框架的结果是，没有办法划出一条泾渭分明的敌我界限，因此也就无所谓对外的“黑箱化”。更不用说在创新已经成为全球性话语的今天，已经几乎没有人会去反对用创新去搭建未来，创新型城市作为一种社会技术想象引领和形塑未来的特色与内核都很难突出出来。另一方面，系统论的解释倾向也使理论很容易陷入“怎样都行”的境地。特别是在很多情况下，对于为什么某些国家和地区几乎照搬“先行者”的经验却无法复制成功的事实几乎束手无策（除了强调和罗列特异性）。又如仅从城市的创新指标来看，巴黎、米兰、东京和维也纳在1999至2002年间的失业情况比全国平均水平还要差；按照欧盟委员会创新调查的结果，奥斯陆的创新企业只有全国的平均水平〔4〕。从这个意义上讲，冷冰冰的“指标化”竟然产生出了本身有害于联盟稳固的“反常识”结论等等。于是，建立在强因果推理基础上的对内“开放化”又无法满足了。因此，即便是同创新指标以及成功案例等人工物以及国家和区域等创新系统理论等技术进行结盟，虽然貌似可以无限制地招募“盟友”，建设创新型城市的理念始终无法成为一个真正的、完整的社会技术想象。但需指出的是，这样一种先天不足却并没有在发达国家中引发出更多的新问题。其实原因也不难理解：一方面是由于发达国家的创新型城市建设一般都建立在相对完善的城市化基础之上，即已有的城市问题都得到了良好的解决或是形成了惯例性的解决模式；一方面创新型城市建设的想象本身就定位于城市发展诸多想象中的一个，而且能够也已经和其他想象形成良好的互补。显而易见，对于成熟的城市治理技术和城市化人工物的援引是十分重要的。人类认知的特点决定了新理念的引入，只有基于所熟知的东西才更容易被接受。对此，让我们再次回到前文所述的两个思想实验，如八路军的案例中将子弹放在子弹袋中是一个常识，而空气泵的案例中“见证”以及选取证人资格的理念也早已在政治生活中约定俗成。 相比之下，我国在引进和本土化创新型城市理论的过程中不仅没有解决上述痼疾。相反由于特殊的历史原因，创新型城市的建设几乎是和城市化以及城市发展的其他方面同步进行着的。甚至在很多地方，作为一种主流话语的创新都被当成是城市未来发展的唯一图景，进而产生出一系列急功近利的倾向（如不惜引进一些具有高环境污染风险的“高技术”项目）。但由于无法像发达国家一样援引成熟的城市化想象进行结盟，城市空气和水体污染、固体垃圾堆砌、道路交通拥堵等“大城市病”蚕食着本来就很松散的联盟的稳固性（如很多地方仍在打着自主创新的旗号行招商引资的“房地产模式”之实），进而成为制约创新型城市进一步发展的隐患。同时在“指标化”的政策导向以及“条块分割”的管理体制的双重作用之下，不但这些亟待解决的问题被“巧妙”地规避开。对于城市创新绩效的发挥不可或缺的“双低”人群在很多时候反而被看作是“不创新”的形式，他们的利益和诉求都无法在任何创新型城市的规划中得到体现——这种情况对于有着近1.82亿没有户籍但生活在城市的“农民工”人口的我国来说尤为突出。事实上，去年深圳富士康的十几连跳和广州本田的大规模罢工等群体性事件都已经为这种短视行为敲响了警钟。 总之在发展中国家的与境下，依然缺乏对内“开放化”的解释机制，无法让公民切身地体会到城市发展所带来的裨益，加之将原应隶属于盟友队伍中的力量排除在外，都削弱了创新型城市这个社会技术想象引领和形塑的作用。找不到创新型城市建设与城市经济和社会整体发展机制之间的抓手，也是必然的。尽管如此，从原则上讲改善这种状况起来也并不难——只需要把城市作为一个整体进行通盘考虑即可。于是一个可行的抓手就是：在建立起一个能够不断聚拢并巩固联盟而且解释机制也日渐清晰的理论之前，将创新型城市的社会技术想象马上同整洁的城市环境和条理的城市秩序等更多的城市治理技术和人工物进行结盟，结束城市创新和其他职能之间认识和管理上的割裂。 四、结 语 作为一种面向未来的社会-技术新秩序，正如其概念所展示给大家的：一个“好的”技术社会想象可以在宏观（如国家规制性政策和研究资助）、中观（如部门和创新网络）和微观（如科学家、工程师和研究团队）等多个层面动员资源〔15〕。然而想象到未来现实之间的鸿沟不会奇迹般的自行跨越，而是需要同时满足与技术和人工物的结盟，对外保持“黑箱化”以抗争任何竞争性想象的挑战，对内保持“开放化”以招募并巩固尽可能多的盟友等三个条件才能够实现。 可惜的是，对以中国为代表的发展中国家而言，在引进和本土化创新型城市的理论过程中不但依然没有打开创新型城市如何引领城市发展的“黑箱”。“指标化”创新型城市的图景也一边排除了无法被创新指标所衡量的“双低”人群的盟友，却又无法援引城市化的成熟想象，最终使城市的整体发展陷入缺乏“抓手”的两难。甚至当创新成为一种主流的政治话语之时，创新的想象并不像发达国家一样被定位于在高水平城市化的基础上锦上添花，反而却被寄予了通过创新的“魔力”自发解决城市问题的雪中送炭的厚望。于是在这样一种情况下，单纯地强调创新型城市指标这个简化版的想象就远远不够了。 相反，一旦做到了摒弃单纯的“指标化”理念进而把城市看作是一个活生生的、不可分割的整体，作为一种社会技术想象的创新型城市也便满足了对外“黑箱化”的条件——毕竟城市的个性和特质是不可以，也从来都不可以用数字去衡量的。针对创新型城市理论本身对内“开放化”欠缺的问题，除了强化扎根于本土化的非系统论预设的理论研究以外，我们亦可以通过同城市的规划者和政策的制定者以外的更多行动者（当然也包括“双低”人群）的沟通和共同实践，让居住在城市中的每一个人都切身地体会到创新为我们带来的机会和便捷以及城市如何让生活更美好，最终达到稳固联盟的目的。渐渐地将创新型城市建设和城市治理的其他技术和人工物结盟相结盟，就可以超越传统“指标化”创新型城市的暂态、偶然的认同形式，从而使城市发展走向一种类似于自组织的动态平衡。 〔参 考 文 献〕 〔1〕塞缪尔 P. 亨廷顿：变化社会中的政治秩序〔M〕，北京：生活•读书•新知三联书店，1989，66。 〔2〕Fischer, M., Revilla, M., Diez, J., Snickars, F.. 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前天，不是昨天，我做了一个奇怪的梦，今天才决定把它写进博文里。 80-90年代，基于对时空、物质、能量与信息，宇宙与生命的思考，我认为结构是比时空更根本的概念；因此，86年写作《结构论》时采用英文“Structurity”对于相对论（relativity）的词汇后缀。 90年代-21世纪初在海外的十载，每次面试时，总有教授问及我简历中的“Structurity”和“Pan-Evolution Theory”，当我提及基于以上原因和达尔文进化论基础上提出生物系统（Biosystems）的进化理论时，有些说到在中国那样的环境不可能产生爱恩斯坦那样的理论。 问题是，我并不是要或认为自己要与世界最伟大的科学理论家去比拟，而只是借鉴了一个术语的表达或造词汇的方式而已。 前天，夜里的一个梦是爱恩斯坦老态龙钟，手里拿着一本发黄的中译本相对论，里面还有几页撕裂了，还我跟他在一个山坡上躺着和坐着，他在书中夹带绵袄类的布料或是布料与书夹杂一起，他走开在旁边，还我就在仔细地阅读和思考那书中的数学方程式和演算方法。 醒来后，确实觉得奇怪，不知道是何意？今天才决定写下来，以免忘记了。 - “相对论与结构论”（ http://blog.sina.com.cn/s/blog_825f70010100sz84.html ） - ：“结构论 - 生物系统的泛进化理论”英文介绍1999年我建立网站在线刊登，主要是分子、细胞到器官、个体系统的节律稳态模型和系统论、生物技术和生物信息技术，生物系统和人工生物系统的系统生物科学与工程等观点。 当时，为许多著名研究机构的生物信息学网页链接，比如，以色列魏兹曼研究所，北京医科大学等，另，惊奇的还有国际上一物理学家将其链接在弦论的网页上等。 （我的生物系统模型图 - 1999年在线） （我的节律稳态原理图 - 1999年在线） （2007年Alon的系统生物学著作 - 封面图，另，Nature上有科学家发表系统生物学与合成生物学的“Oscillator”、“structure theory”等理论论文） （我1999年筹办国际会议的细胞分子电子学与转基因整合 - 原理图，会议通知和网站地址1999年刊登在 Nature和Kybernetes等 ） ：90年代我的国内文章的英译：On the concept of system biological engineering, Transgenic animal expression system - transgenic egg plan (Goldegg Plan), Transgenic avian used as oviduct bioreactor for pharmaceutical expression, From positive to synthetic medical science, Structure theory of self-organization systems, Communication on Transgenic Animals, 1994- 1996. （图片版权所有，未经许可不得转载）
我们离人造生命还有多远？ 作者 量子猫 这两天因Craig Venter把整个基因组成功转入支原体细胞，从Science到The New York Times，到各种报刊、网站，引发了一轮新的人造生命讨论的热潮。不过，正像一个网友随即指出的，Scientists have been putting synthetic pieces of DNA into bacterial for decades now - it's at the heart of recombinant DNA technology. This is just the logically linear culmination of that process - introducing an entire genome.To call it synthetic life is not science, it is marketing or PR。这里结合上下文译为：科学家们把合成的DNA片段成功导入细菌，到现在已经几十年了，这是重组DNA技术的核心。Craig Venter的工作只不过是这个过程逻辑上的线性积累，把整个基因组导入而已。把这叫做人造生命，不是科学，是市场运作或公关行为。 显然，把自然生命的DNA局部进行突变、剪切、组合等加工，再导入宿主细胞并可以繁殖自身，这项DNA重组技术只不过某种程度上复制并缩短了生命自然进化的过程，在尽可能短的时间里形成一些对人类有利的性状，如通过基因工程技术生产胰岛素等各种药物，培育抗旱、抗病虫等转基因作物，等等。这并非真正意义上的人造生命。而且，由于受生物自身极其复杂的系统结构和自洽的内在调控机制的限制，这种为某一特定目的人工加快进化的改造，是有限度的，成功的机率也会越来越低，投入的人力和资金成本也会越来越高，最终也会导致这项技术失去研究的意义和发展的动力。 象任何工程都必须有蓝图一样，人造生命至少需要把一个最简单的单细胞的全部基因调控和对应的生物体结构和功能搞清楚，然后才可以合理设计全新的物种。在此之前，人造生命或合成生物学，包括通过干细胞定向诱导人工制造器官，都还只是概念，只是处在初期的研究阶段。任何宣称制造出或可以短时间制造出人工生命或人工器官的，都只是有意无意的炒作。 那么，我们离真正的人造生命还有多远？答案可能会让人失望，很远很远。而且更可能让人们失望的是，我们现在都还没有彻底弄清楚到底有多远。 基因编码了生命个体全部的关键分子构件的结构和调控、代谢机制。虽然10年前对包括人在内的一个生命个体进行全基因序列分析已不是问题，但对各个基因的功能，也就是其对应的蛋白分子等功能组件和相互调控关系，我们虽然一直不断地取得进展，但很遗憾，至今仍所知甚少。从概念上说，对一个生物个体或细胞的全部蛋白等分子组件进行分析、分离纯化、进一步的结构分析并研究相互作用关系和调控机制的技术早已成熟，甚至可以大规模、高通量、高度自动化的进行。但是，我们至今不能准确地知道，生命到底由多少种基本的蛋白构成，甚至不知道一个最简单的单细胞到底由多少种蛋白构成。当涉及到具体问题，特别是那些少量或稀有蛋白时，尽管技术和方法一再创新，我们仍然几乎无法找到并捉住它们，更不用说分离纯化了。而且，现在发现，有些中间过程是多蛋白因子相互作用，尝试把这些组件分开后，它们就失去活性和功能，从而让研究无法进行。还有，即使一个蛋白可以分离纯化拿到纯品，也不是所有的蛋白都可以拿到结晶体从而进行三维结构分析的，而且对已经可以分离的蛋白，不能进行结构分析的远多于可以分析的。如果不清楚结构，就不太能彻底弄清楚这些组件的相互作用关系而理解整个生物个体的构造和调控机制。 这些很可能只是困难的一部分。确切地说，我们现在离彻底弄清楚一个最简单的细胞的全部基因调控关系，也就是一个最简单的生命的蓝图，还不知道有多远。很可能随着研究的进一步深入，我们还会遇到更多的目前技术上无法克服的困难。也就是说，我们会发现这个路程会更遥远。分子生物学研究不仅需要技术上的突破，更需要观念和方法的创新。 当然，不必怀疑人类在科学方面的创新能力。只有当这些困难一一呈现出来的时候，方法和技术创新也才成为可能，这些困难也才能最终被克服。而且，也不必对真的人造生命大惊小怪，成熟的技术可以克服现在一切假想的负面问题。人造生命涉及的技术会极其复杂，显然也会通过知识产权层层保护，根本不是一个个人或普通机构可以实施的。还有，人造生命可以和现在的转基因生物不同，比如，人造生命由某些特定基因或分子组件构成，我们可以通过对这些组件的控制随时杀死它们，或使其离开特定人工或自然环境就不能生存。也就是说，我们可以通过功能细菌清除环境污染，通过功能植物让沙漠变绿洲。更可以建设各种生物工厂，高效生产粮食而让农田退耕以改善美化环境，制造针对各种疾病并精确制导的抗体药物，通过高效利用光能和空气中的二氧化碳制造煤炭石油等能源替代品并改善变暖的环境，等等，但不用担心这些人造生物会危害环境和人类之身。 很多在这一领域工作并做出重大贡献的科学家们非常辛苦，但他们却默默无闻，甘于奉献，甚至工作处境困难。相对来说，有些并没有在这一领域做出什么基础性或重大贡献的，借助于商业活动，反而名利双收，早已是亿万富翁，同时也把科学研究导入歧途，误导公众并浪费了公共资源。这是商业或功利目的对科学研究纯洁性的不幸侵蚀。 人类的智慧的物质基础，神经系统，在对环境的适应中不断进化。人类早已经成为了地球的主宰。人类不断对自身和环境进行深入和广泛的探索，并在不断的试错过程中发展出了科学。科学以人类最广泛并与实践过程一致的那些经验为公理，并以此为基础通过严格的逻辑演绎扩展对自身和环境的认识。一旦发觉新的现象或问题与科学固有的原则不相符合，那么新的公理就会创造出来，这使科学可以建立起一种内在的自我纠错机制。所以，科学家们一旦发现某些科学研究结果可能会存在负面问题，马上就会设计新的方法或措施改善。当然，当某些和科学有关的概念被误导或有人利用科学概念进行有意无意的炒作时，很快也就会有人站出来纠正。 只有当科学的理念而不是商业利益或功利目的越来越成为社会发展的主导时，人类社会才有可能变得更加美好。 （转自2010年5月22日《新语丝读书论坛》）
《我们离人造生命还有多远？》的网上讨论 网友： You are way off the mark. Venter's work is not as far-reaching as many think, but it is still an important accomplishment. Synthetic biology has huge future, so is systems biology. Molecular biology is, as Walter Gilbert stated long ago, dead (Nature 421, 315-316). 量子猫回复： 我没有看过Walter Gilbert的文章。我的几个主要观点，都以系统生物学为基础，只不过没有用相应的术语。在短文章中不可能向一般读者介绍清楚这些概念，只涉及了那些比较容易被理解的部分。比如信号传导，我这里用几个蛋白因子的相互作用来说明。我们现在了解有限，这方面的研究难度很大。对转基因的看法，也是基于系统生物学的概念。人造生命的前景，更是系统生物学的概念了。 但脱离了对生物系统基本组件的分离和结构信息的获得，系统生物学只能是空壳，也会死掉的。我前面贴子强调了冯诺依曼(John Von Neumann)的一句话，生命系统的演化过程,是一个可以从任何特殊媒介物中抽象出来的过程. 这是科学理解包括生命系统在内的任何复杂系统的一个基本原则。冯等以纯数学的方式，为量子理论构造了逻辑基础。冯的理念基础来自于普适的数学，适用于任何系统。这也是量子理论的核心。 网友： 被量子猫说的那个人工生命好象基本就属于骗骗人大。是不是这样啊。到底怎样啊。我觉得部分取材不能否定其是人工生命吧。话说我要说创造了一个完全属于我的，有突破性的程序，你也不能责怪我我用的是 MS 的 VC 开发的，而不是我自己编写的程序开发语言吧。 量子猫回复： 关键是我们对自然生命那套程序所知甚少，局部修改的成功率越来越低。 最大的困难，在于，我们在弄清楚一个最基本的可以工作的程序方面有一些无法突破的障碍。更不用说自己独立设计编制一个可以工作的程序了。虽然最简单的程序可能只有几百个模块。我以前在《科学史上最锐利的激情》那篇文章提及，需要数学家的介入来解决基本理论问题，先把可以工作的模型或框图构造出来。这种数学模型的复杂性远远超过了现在系统生物学的那种粗浅的图景或概念。需要拓扑学和微分几何的专家介入。 不过你的贴子对我很有启发，可以用更形象的比喻把问题说清楚 网友：你从哪里看出来需要拓扑和微分几何来搞基因模型？我觉得它们是没有什么关系的事情 量子猫回复： 生物系统只是一维DNA模板结构的复杂的多层次多维度的网状动态调控的拓扑结构。 我们对某些样本的一维的结构信息已经全部知道，生物系统只是这个一维结构信息的复杂的多层次多维度的网状动态调控模块构成的拓扑结构。一维的结构信息可以按某种规则映射成二维、多维。 生物系统的复杂结构仅是通过单一规则（以中心法则为底层法则）构建起来的。所以可以用微分几何来处理。这与纤维丛联络或规范场有些类似。 解开这个复杂结构，很有助于生物系统真实的调控网络的各个动态模块的解析和人工构建。 网友：我觉得＂创造生命＂应该是假装生物不存在，用非生物材料创造出可以自我复制的细胞来。要不然转基因，培养金鱼啥的不都可以叫创造＂人工生命＂了。 量子猫回复： John Von Neumann，生命系统的演化过程,是一个可以从任何特殊媒介物中抽象出来的过程。 但是不同的材料，构造出来的东西是不一样的。有的是分子，有的是岩石，有的是生物，有的是社会。具体的结构形式也是可以不一样的，如果一样，是分形。但所有演化过程是一样的。 如果没有足够的背景，理解不了冯诺依曼这句话，讨论再多也弄不清楚。 网友： 粗浅的图景或概念是因为当前所知甚少。凭几个数据点却画出了精细图景那才是有问题哪。数学家创造不出新的数据来。 量子猫回复： 问题的关键在于由已知的一维DNA结构信息到整个系统的构造，严格来说这是一个条件充分的数学问题。数据点有助于整个系统结构的解析和验证，但没有对系统的整体结构的估计，仅有数据点也是没有用的。当然现在数据点还不能说充分，但你要知道在哪些地方获得数据点才有助于问题的解决。可惜现在，大家对困难的但关键的数据点都本能地回避，因为可能资金和时间投入很大但结果很少或没有结果，我已经说过，有的还涉及技术创新的问题。这是研究不能进展的关键。 网友：有了一定的数据才有建模的基础。不然用一个通用的模型需要大到不现实的数据点量。我想现在的困难不是数学问题。 或许你没有自己思考我上面说的由已知的一维DNA结构信息到整个系统的构造，严格来说这是一个条件充分的数学问题。但对这个图景不清楚的话数学家也很难给出数学描述。充分的数据有利于这个模型的建立。 或许我上面的话现在数据点还不能说充分让你误解了。我指的是关键数据不充分。 分子生物学早已是数据的海洋（Science 主编的话），把问题掩盖了。各种书都越编越厚，唯恐不全，从而让一般的研究人员根本没有精力和可能性可以Review整个图景，并看到问题所在。除非你一开始就是从最基础的问题开始关注的，可以清楚哪些是重复性的细节，那些是要点、关键。 网友：量子猫感到那些东西很神秘深奥，就认为生命科学也非靠它们不可。 量子猫回复： 这是谣言，我的看法是：最深奥的最不可思议的东西往往都是最简单的。不是捅破那层窗户纸有多困难，只是找到窗户的位置极为困难。很多时候你可能还需要梯子。甚至人梯，而且可能是多个。 网友：如果有两个学科隔得比较远、几乎没人对两个行当都了解，那么你把它们扯到一起忽悠出新理论的时候就会非常安全。 量子猫回复： 你自己要有能力区分忽悠和真正的创新，而不是坐失良机，或跟着别人起哄，助纣为孽。 （转自2010年5月24日《新语丝读书论坛》）
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