科技创新态势研究：范式与实践

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[作者单位]中国医学科学院医学信息研究所,北京 100005

当前，我国科技发展战略正在逐步从“紧跟发达国家”向“在全面把握世界科技发展态势的基础上加速赶超引领”转变[1]。如何“全面把握世界科技发展态势，实现跨越发展”，对科技创新态势研究提出了明确需求。《国家自然科学基金“十三五”发展规划》在“加强学科布局及资助管理”中提出了深入开展学科发展态势分析与评估工作，绘制学科发展“地貌图”，制定更加符合学科自身发展特点与规律的更精准的学科资助政策。《“十三五”国家科技创新规划》提出了完善国家科技创新决策咨询制度，定期向党中央、国务院报告国内外科技创新动向，就重大科技创新问题提出咨询意见。《统筹推进世界一流大学和一流学科建设实施办法(暂行)》指出，一流大学建设高校须拥有一定数量国内领先、国际前列的高水平学科，在改革创新和现代大学制度建设中成效显著。一流学科建设高校应具有居于国内前列或国际前沿的高水平学科，学科水平在有影响力的第三方评价中进入前列。这一要求对监测和评估学科竞争态势提出了明确需求。

笔者将上述政策文件中提到的“把握世界科技发展态势”“开展学科发展态势分析与评估”“报告国内外科技创新动向”“具有居于国内前列或国际前沿的高水平学科”等情报研究工作统称为“科技创新态势研究”。在大数据、开放共享、智库建设等新趋势和建设科技创新强国、高等教育强国的新时代背景下，研究型图书馆面临着由信息资源中心向科研大数据中心、由信息服务向知识服务拓展深化的迫切需求。教育部发布的《普通高等学校图书馆规程》(2015年版)提出，高等学校图书馆是学校的文献信息资源中心，是为教学和科学研究服务的学术性机构。图书馆的主要任务之一是不断拓展和深化服务，积极拓展信息服务领域，根据需求积极开展新服务。目前，国内很多图书馆正在积极开展学科服务和决策支持服务[2]。笔者认为，领域科技创新态势分析是拓展新服务的重要实践领域。本文提出一个科技创新态势研究范式，并在开展相关服务的基础上总结经验，以期为国内研究型图书馆拓展新的科研支持服务和决策支持服务提供交流与借鉴。

1 科技创新态势研究范式

1.1 科技创新态势的内涵

“科技创新态势”包括“创新状态”和“创新趋势”两层意思，既有回顾，又有前瞻。从情报研究辅助科技决策的角度，科技创新态势研究的内涵包括两个方面：一是对创新活动研发态势进行监测，即通过综合监测分析科技计划、资助项目、科技论文、专利申请和产品研发等信息，结合专家意见，形成对领域研发态势的初步判断；二是对创新主体竞争态势进行评估，即通过数据和证据综合评估不同国家和机构在该领域的研究活跃程度、学术贡献与影响力，揭示我国和重点机构处于“领跑”“并行”或“跟跑”的研究领域。结合专家意见，提出保持领跑优势、扶持跟跑领域、突破并行领域的策略与建议。

1.2 科技创新态势研究范式

基于多源数据、多维证据和多元方法的科技创新态势研究范式中，无论是监测创新活动研发态势，还是评估在该领域的创新活动中各创新主体的竞争态势，都需要多源数据和多维证据、定量与定性综合分析(图1)。

1.2.1 多源数据

利用科学计量学方法，基于资助、论文、专利和产品数据，对具体领域的科技投入、研发布局、科学研究、技术研发和产品市场等信息进行综合分析，描述该领域的科技创新全景。

1.2.2 多维证据

包括来自政府的战略规划、来自智库的研究报告和来自学者的专家观点等。

一是政府战略规划与基金资助方面，主要追踪与分析政府部门、国立科研机构、国立基金资助机构的科技规划与研发布局。例如美国国立卫生研究院(NIH)、国家科学基金会(NSF)、国防部高级研究计划局(DARPA)，英国国家研究理事会(RCUK)，法国国家科研署(ANR)，日本科技学术振兴会(JSPS)等国立基金资助机构均设有基金资助项目的检索系统。专项计划体现了国家发展战略需求，基金资助体现了科学家的自由申请。

图1 基于多源数据、多维证据和多元方法的科技创新态势研究范式

二是智库方面，主要检索分析美国总统科技顾问委员会(PCAST)、美国国家科技委员会(NSTC)、美国科学院、工程院和医学院，以及兰德公司(其科技与创新部门位于兰德欧洲)等智库机构定期就科技创新的重大问题发布研究报告，我们可在其机构网站进行检索。此外，还重点关注作为智库的专业组织发布的研究报告，例如世界知识产权组织(WIPO)、经济发展与合作组织(OECD)、世界银行、麻省理工学院《技术评论》(MIT Technology Review)等。

三是专家观点，主要是分析解读，如Science、Nature、Cell著名期刊以及具体领域权威期刊上发表的综述或评论文章。

1.2.3 多元方法

定性分析主要是科技政策分析/智库报告/专家评论分析；定量分析主要采用基金资助项目/高被引论文/高价值专利统计分析与聚类分析，战略规划文本挖掘，研发布局统计分析等。

根据上述研究范式，在中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目资助下，开展了系列《重点领域创新态势》研究工作。我们针对国际研究热点和机构关注重点，综合国际上战略政策、基金资助、科技论文、授权专利、权威会议、智库报告、专家观点等多源信息，开展情报调研与综合分析，明确国际现状和我国表现，为该领域的科学家和决策者全面、深入了解领域科技创新态势提供重要参考。

2 生物安全领域创新态势研究实践

2.1 基于多源数据和多维证据研判生物安全发展态势

根据战略规划与智库响应等多维证据，以及经费投入、研发布局和科研产出等多源数据，研判生物安全发展态势。

2.1.1 战略规划与智库响应

以美国为例，分析生物安全体系的演变过程中的若干证据发现。

2001年美国“911”恐怖袭击和炭疽邮件事件成为国际上开始重视生物安全的起点，当时针对恐怖袭击的“生物防御”曾作为布什政府生物安全工作的战略重点。2001-2003年主要是传统意义上的生物防御，核心是应对生物战的威胁。2004年以后，随着SARS等新发传染病暴发，生物防御也纳入了应对新发传染病的内容。卫生和安全本来是属于两个不同的领域，但随着全球化步伐的加快，世界正以此前无法想象、无法预测的方式联系在一起，传染病的问题使得卫生与安全合二为一。随着新型微生物的出现和传播，旅行与食品供应的全球化，耐药性病原体的增多，医学研究能力提升导致病原体意外泄露与人为释放潜在风险的增加，以及人们对恐怖分子可能持有、改进和使用生物武器的持续担忧，生物安全已成为影响民众健康、经济运行、社会秩序、国家安全和政局稳定等国家核心利益的重大问题。2009年前后，在应对生物恐怖和新发传染病基础上，增纳辐射安全与核安全、化学安全等内容，初步形成了国家健康安全框架体系。美国卫生部于2009年制定了《国家健康安全战略》，并于2012年发布了《国家健康安全战略实施计划》，明确了总体目标、战略任务和优先行动。美国国土安全部2013年制定了国家应急框架(National Response Framework)。卫生部不但要在传染病暴发等公共卫生应对方面发挥作用，还要在生物恐怖等生物安全防御方面起到重要的作用。2014年，生物安全领域专业期刊BiosecurityandBioterrorism改名为HealthSecurity。生物安全领域的著名智库匹兹堡大学生物安全研究中心改为健康安全研究中心，现为约翰霍普金斯健康安全研究中心，其宗旨明确提出“过去是生物安全，未来是健康安全”。自2004年，该中心就对美国联邦政府历年的生物安全经费投入情况进行统计分析，并发布年度报告。2015财年报告首次公布了2010财年以来健康安全经费投入测算结果[3]，2018财年报告又首次将健康安全体系下的“生物防御”一词改为“生物安全”[4]，预计未来美国有可能用“生物安全”代替“生物防御”。美国正在倡导大的生物安全观——健康安全，传统意义上的生物安全是健康安全体系的一个重要分支。

2.1.2 经费投入

根据2018财年的最新统计数据，美国生物防御经费投入仅统计到2014年，2001-2014年美国卫生部在生物防御领域的经费投入占联邦政府在该领域总投入的三分之二(66%)，远高于国土安全部(15%)和国防部(12%)。随着生物安全战略重点由生物防御拓展至健康安全，美国2015年首次公开自2010年以来在健康安全领域的经费投入。由于健康安全体系下部委数增加，每个部委经费投入所占比例有所减少。卫生部的投入仍然是最多的，年均投入56.7亿美元，高于生物防御框架下的年均投入36.9亿美元。除农业部和商务部以外，其他部委在健康安全领域的经费投入较生物防御领域均显著增加。

生物防御(9部委)和健康安全(13部委)框架下美国生物安全领域经费投入布局见图2 、图3。

图2 生物防御框架下美国生物安全领域经费投入布局

图3 健康安全框架下美国生物安全领域经费投入布局

2.1.3 科研产出方面

在Web of Science中检索分析生物安全领域研究论文数量发现，最早研究是1981年发表的关于“生物安全委员会对DNA相关研究的生物安全问题的监管建议”[5]。2001年以后，论文量急剧增长，通过阅读文章发现，后期每年度的论文量高峰均出现在新发传染病暴发时，如2003-2004年的SARS，2009年的甲型H1N1流感，2013年甲型H7N9流感。对这些论文的主题词(MeSH terms)分析发现，按照论文量排名前30的主题词中，多数为传染病相关领域，如传染病防治、家禽疾病、疾病爆发、健康知识/态度/行为、全球健康、生物医学研究、各种动物疾病等；还出现了新型生物技术，如转基因、基因治疗等。

可见，传染病和生物技术相关的健康威胁已成为生物安全的重要研究内容。图4 为生物安全领域研究论文量的年度趋势，表1为生物安全领域研究论文的主题词。

图4 生物安全领域研究论文量的年度趋势

表1 生物安全领域研究论文的主题词

注：检索策略：TS=(biosafety OR biosecurity OR biodefense OR bioterrorism OR “health security” OR BSL-2 OR BSL-3 OR BSL-4)

以上信息全部来自公开数据和公开证据。综合上述战略文本、著名智库和学术界动向、经费投入与部门分布、科技论文研究主题等多源数据和多维证据分析，发现国际上生物安全的战略重点正在从军事和国防角度的“生物防御”向应对重大传染病、核威胁、化学威胁等多种健康威胁为目标的“健康安全”拓展，正在形成以卫生、安全、国防和能源部门为主体，多部门(13个部委)参与的协同治理体系。我们同时测算出生物安全经费投入占联邦研发与研发设施投入的比例。

2001-2014年，美国在生物防御(应对生物威胁与新发传染病)领域的年度经费投入约占美国联邦研发和研发设施年度经费[6]的4.5%，在健康安全领域的年度经费投入维持在9%的水平，卫生与健康部门(含基础研究资助)投入约占50%。这些态势和数据可供我国制定国家生物安全治理体系、年度预算和具体任务时参考。

2.2 重视科学计量分析与智库报告分析相结合

笔者在开展“从文献情报角度分析精准医学的发展态势与对策”研究中，采用文献梳理方法分析了精准医学概念发展演进情况，认为Individualized Medicine、Personalized Medicine、Precision Medicine这些术语的含义随着时代的发展经历了演化。但从现在来看，其表达的内涵是基本一致的。采用科学计量学方法，将论文的主要主题词(MeSH Major Topic)按照词与词在同一篇论文中共同出现的频次进行聚类，分析精准医学的主要研究领域[7]。

另外，精准医学领域有2个重要的智库报告。2011年，美国国家研究委员会(NRC)在《迈向精准医学：构建生物医学研究知识网络和新的疾病分类体系》报告中首次提出精准医学的概念，即根据每一位患者的特点调整医学治疗措施，但并不意味着为每一位患者生产独特的药物或医疗设备，而是能够根据患者的特定疾病易感性不同、所患疾病生物学基础和预后不同，以及对某种特定治疗的反应不同，而将患者分为不同亚群。使得预防或治疗性的干预措施能集中于确定会受益的人群，从而为那些不会受益的人群节省医疗开支并减少药物的不良反应[8]。

美国国家研究委员会认为，由于个体化医学这一概念被商业炒作，被人误以为是能够为每一个人设计独特的治疗，故而更名精准医学。我们同时检索到，2008年美国总统科技顾问委员会(PCAST)发布的《个体化医学的优先领域》(Priorities for Personalized Medicine)的报告，对个体化医学的定义和NRC对精准医学的定义几乎完全一致[9]。我们通过对两个智库报告分析后认为，精准医学的概念源于个体化医学。研究精准医学的优先领域，PCAST智库报告可作为重要参考资料。

2.3 重视从网络分析中挖掘态势并形成建议

在“基因编辑技术创新态势研究报告”中，我们分析了基因编辑研究论文涉及的Web of Science学科分类体系，同一期刊可能属于2个及以上的学科领域。对基因编辑技术研究论文涉及的学科分布进行聚类分析(图5)，从学科领域聚类网络可见基因编辑技术的战略价值。

首先，基因编辑技术是生命科学研究的核心技术。通过基因编辑实现特定基因的功能获得与缺失，是解析基因功能、探索个体发育奥秘的重要工具。基因编辑技术将为生命科学、农学和医学研究及应用带来革命性变化，对基因-疾病关联研究(基础研究)、基因治疗重大疾病(临床治疗)具有重要价值。其次，基因编辑治疗有望解决我国人口健康重大需求。图5可见，肿瘤、心血管疾病、血液病、内分泌与代谢病、传染病、神经系统疾病等临床疾病领域均有关于基因编辑技术的相关研究。再次，基因编辑是跨学科与转化研究新的驱动力。图4可见，基因编辑技术研究论文涉及的学科领域不仅有生命科学与基础医学，还有临床医学，以及数学与计算科学、工程学、伦理与社会科学等，是跨学科转化研究的重要平台。

因此，根据上述分析，我们相对容易形成对该领域的政策建议。首先，该技术既然是生命科学与基础医学领域的核心技术，应该重点布局，从国家层面加强对基因编辑研究的支持力度；其次，该技术既然有望解决临床疾病问题，就需要促进转化，大力推进基因编辑技术的快速发展和临床转化；再次，该技术既然是跨学科转化研究的重要平台，就需要科学监管，引导基因编辑的科学研究、转化应用及产业化健康有序发展。

图5基因编辑技术研究论文涉及的学科领域

2.4 在竞争态势研究中重视适度前瞻与差异化竞争策略

笔者在开展“干细胞与转化医学创新态势”研究中，通过对标研究分析了A机构和B机构的竞争态势。横向对比发现A机构在成体干细胞方面形成特色和优势，国内领先；但纵向对比发现，A机构在“十一五”期间表现卓越，特别是包揽了干细胞领域的国家科技进步奖和技术发明奖，“十二五”期间在论文发表、专利授权和获得科技奖励方面均被B机构超越(因为B机构在此期间设立了相关的科技专项)。“十三五”开局之年，我国启动了“干细胞与转化医学”重点专项，2016年度立项的项目数和经费数A机构均处显著优势，位居国内科研机构首位。我们深入分析发现，A机构尽管占有先发优势，但干细胞领域几位代表性学者均已承担2016年度项目，2017年以后的项目申请A机构可能面临后劲不足、人才储备缺乏断档的困境。实际情况与我们前瞻性分析一致，2017年公布“干细胞与转化医学”重点专项项目，A机构无牵头项目。

对产品研发数据的分析发现，我国目前在研的干细胞药物中，A机构研发药物数量最多，且有3个进入Ⅱ期临床试验；A机构虽有3项药物研发，但多处于临床前研究和早期研究阶段；另外，国家卫计委公布的30家首批通过备案的干细胞临床研究机构，A机构附属的3家医院入选，机构数排名全国首位，使得A机构在研的干细胞药物后期具备了临床研究基地的优势。图6为美国NIH资助干细胞研究投入(2012-2017财年)。

图6 美国NIH资助干细胞研究投入(2012-2017财年，单位：百万美元)

A机构占优势的干细胞细分领域——成体干细胞，也是美国NIH在2012-2017财年资助最多的领域(图6)，成体干细胞的临床转化前景最好。

日本学者山中伸弥研发并获得2012年诺贝奖的诱导多能干细胞(iPSCs)的临床转化之路尚很遥远。2014年，日本成为世界完成首例iPS细胞治疗黄斑变性患者，使其重获光明；但实验室准备开展第二例临床试验时，发现了基因突变。虽然没有证据表明这两处突变会引发肿瘤，但是为了患者安全，日本终止了该临床试验。同样，其他很多对该领域感兴趣的研究人员都相继终止了转化研究[10]。

鉴于成体干细胞临床转化竞争优势优于iPS细胞，我们提出A机构的差异化竞争策略，即A机构重点发展干细胞转化医学，而B机构目前的优势领域在于干细胞生物学。我们建议A机构“十三五”时期，整合内部资源，促进基础研究和临床研究的充分结合，加大经费投入和政策支持，争取干细胞药物在国内率先上市。

3 启示与建议

在范式理论研究和案例实践研究基础上，形成以下启示与建议。

3.1 该范式响应了科技创新新模式和海量数据新趋势等信息环境变化

本文提出基于多源数据、多维证据和多元方法的科技创新态势研究范式，响应了以下新的环境变化。一是科技创新新模式。当前，基础前沿研究交叉融汇、颠覆性创新技术不断涌现成为国际科技创新的新趋势，科技创新也越来越强调多学科交叉，重大创新突破，特别是颠覆性创新的启动点往往来自所熟悉领域外的、复杂交叉关联的领域[11]。二是海量数据新趋势。随着科技出版数字化趋势，科技创新中的各类知识对象，如文献、专利、机构、人员、项目、设施、产品，几乎全部数字化，形成反映科技创新活动的海量数据。

在传统研究环境下，科学家主要通过检索分析相关文献、追踪同行研究活动来掌握研究态势，通过专家研讨以及专门的规划研究来制定优先发展领域、判断潜在突破方向[12]。但这种限于检索领域文献或跟踪业内同行的习惯方法，往往侧重微观领域而难以看到总体态势，故难以观察到不熟悉但又相关的领域，以及隐藏在未知但却关联领域的科技创新态势。

3.2 该范式更加符合从科技情报需求向科技创新情报需求转变的特征

长期以来，情报服务或知识服务的重点之一就是了解科学技术的发展态势，从早期的国外科技文献的翻译报道发展到利用论文和专利绘制科学地图和专利地图等形式。党的十九大报告提出“突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新……”。

相对于跟踪式创新，颠覆性技术创新是最高阶的创新，它是在基础研究新成果与新技术结合的基础上推动产业新变革，需要从基础研究做起，实现全链条贯穿[13]。

在实施创新驱动发展战略、强调颠覆性创新的大背景下，需要从关注单纯的“科技”领域的发展，逐步拓展到技术创新与产业创新等领域[14]。

论文与专利仅是创新链上的某个环节中的产出。如何利用包括科技规划、基金资助、论文专利和产品研发等创新链全过程多源数据，以及包括科技政策、智库报告和专家观点等在内的多维证据，融合开展科技创新态势研究将成为满足新需求的重要发展方向。

3.3 建议加强综合研判能力与精准表达能力

在开展相关服务的基础上，笔者总结了以下几点经验：基于多源数据和多维证据综合研判态势，注重科学计量分析与智库报告分析相结合，注重从网络分析中挖掘态势并形成建议，注重适度前瞻与差异化发展策略等。

为此我们建议在科学编译、客观分析的基础上，对多源数据和多维证据进行关联分析，提高敏锐的情报凝练能力和综合研判能力；集成科技、经济和社会等综合信息进行分析与研判，将复杂的问题予以简明表达，在语言表达上概括凝练，精心打磨，同时也通俗易懂，用易于理解的话语体系表达学术问题和观点。

3.4 建议建立三方合作模式与定期交流机制

为做好科技创新态势监测与评估，提高咨询研究决策价值，建议建立“情报人员+管理者+领域专家”的三方合作模式。

情报分析人员的主要作用是客观分析、全景扫描，管理者的主要功能是需求提供、方向指导，而领域专家所起的主要作用是内容专业把关和提出领域建议。

为落实三方合作模式，建议建立定期汇报交流机制。邀请主管领导、战略科学家、科技管理专家和领域技术专家进行深度交流研讨，逐步形成系统性、建制性的交流研讨机制，提升情报研究与信息咨询水平，增强情报研究与决策需求的契合度。