基于科技媒体视角的研究前沿识别方法研究与实证

周群��周秋菊 冷伏海

〔摘要〕本文提出一种基于科技媒体视角的研究前沿识别与探测方法，能够有效揭示研究前沿的重大研究突破，追踪最新研究进展和发展趋势。以已探测研究前沿或某主题领域最新文献簇作为知识基础，基于科技媒体的新闻报道、评论和观点文章，识别知识基础的施引文献中具有潜在影响力的最新研究成果或进展，进而探测最新研究前沿及其发展趋势，并以CRSIPR-Cas9研究前沿为例进行实证分析。该方法作为科学计量学识别研究前沿的重要补充，有助于情报研究人员和科研工作者更全面准确地识别研究前沿，掌握最新研究动态，也为精细化用户情报服务提供新的思路。

〔关键词〕科技媒体；新闻报道；研究前沿；研究动态；新兴趋势；研究热点；识别方法；探测方法；情报研究；知识基础；施引文献

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2018.02.010

〔中图分类号〕G311〔文献标识码〕A〔文章编号〕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，全球新一轮科技革命、产业变革和军事变革加速演进，科学探索从微观到宏观各个尺度上向纵深拓展，颠覆性技术不断涌现，正在重塑世界竞争格局、改变国家力量对比，创新驱动成为许多国家谋求竞争优势的核心战略。科技战略情报研究是科技创新的重要基础，也是决策层制定发展战略、规划研究布局的智库保障。科学研究前沿探测研究是科技战略情报研究的重要方向之一，它对于战略决策尤其是支持宏观科技决策、支撑重要领域科技创新的全局性、前瞻性、战略性的科技战略情报服务和研究起着重要作用。

在科研领域，科学研究前沿有很多相似或相近的概念，如新兴趋势、研究热点、热点领域、新兴主题或潜在知识等，其定义也没有形成统一的认识，通常根据其特点来描述，如先进性、时效性、具有发展潜力和较高的关注度等，具备这些特点的研究主题或研究领域可以被认为是研究前沿。因此，研究前沿的识别与探测更加注重及时发现、准确揭示和科学判断，进而评估其演进与发展趋势，为科技创新战略决策提供有效支撑。

本文梳理了研究前沿的识别与探测方法相关研究，提出一种基于科技媒体视角的研究前沿识别与探测方法，作为科学计量学识别研究前沿的重要补充，该方法有助于情报研究人员和科研工作者更及时准确地识别研究前沿，掌握最新研究动态，对于科学家和决策者们从科学知识体系中探索到一些新的趋势具有重要意义。

1相关研究

研究前沿是最具发展潜力的新兴研究领域或研究主题，在每个学科内部非常活跃，具备鲜明的活动规律，这种规律突出表现在研究成果数量以较快的加速度增长，且有较强的学术辐射力，形成了一定的研究规模和影响力。研究前沿的出现和发展通常伴随着文献计量学特征的变化，如某主题文献数量的突增、引文关系的异常变化或新主题词的大量出现等，捕捉和跟踪这些特征，并基于专家知识研判或可视化工具呈现研究前沿已经成为识别和探测研究前沿的主要方法。

Price将一组高被引文献簇视为研究前沿[1]，Small在此基础上将研究前沿表述为共被引文献簇，并提出利用共被引分析方法分析高被引论文及其引文网络，并以此建立了ESI数据库中的“Research Fronts”[2]。Garfield则将研究前沿定义为高被引文献及其施引文献的集合，认为研究前沿的主题可以通过抽取施引文献标题中频次最高的词或词组来表征[3]。还有学者将研究前沿定义为一组突发的概念、新兴趋势及其基本研究问题，即基于文献的集中主题词及其变化，通过描述和强调不同研究主题之间的关系揭示学科领域的发展和研究热点[4]。

基于文献计量学特征识别和探测研究前沿的方法中，以引文分析和主题词分析研究最为常见，国内有许多学者对其详细归纳与论述[5-7]。基于引文层面的聚类分析方法局限性在于引文滞后性和最新文献簇的缺失[8]，使得无法及时捕捉研究前沿的发展趋势和动态特征。很多学者试图从文本内容入手探测研究前沿，如基于词频或共词分析的主题词方法和文本挖掘探测方法，Kleinberg提出考虑词频变化密度的突破检测算法探测研究前沿[9]，陈超美在CiteSpaceⅡ软件中采用了Kleinberg突发词检测算法来获取某一研究前沿主题描述[10]，在研究前沿和热点的识别中得到广泛应用[11]；Callon等将共词分析技术作为一种有效可视化文本数据信息项之间关联强度的内容分析技术[12]。近几年来，基于文本挖掘的自动化系统也发展迅速[13]。基于文本内容的识别方法比引文分析方法更加直接，有效规避了引文滞后性的缺点，但大多以词语为基本分析单元，词语表达的意思不够具体，在不同语境下的含义也不尽相同[14]，一系列单词的组合可能无法揭示和描述研究前沿的最新趋势和发展情况。Bakker等利用专家知识借助科技媒体新闻报道、评论和期刊文章内容探测研究前沿和新兴研究领域[15]，Alkemade等运用历史事件分析方法，通读荷兰报纸和专业学术期刊的相关新闻事件报道和文章，进而预测新兴技术发展[16]。尽管基于专家的研究前沿识别方法已经不能满足当前科技信息大爆炸的时代需求，但在实际应用中，基于专家的解读和研判仍具有不可替代性，通常和计算机自动识别技术结合在一起使用。

研究前沿是不断发展的，对研究前沿的趋势跟踪和研判本质上仍然是对“最新的”研究前沿的识别和探测。Persson明确地区分研究前沿和知识基础（Intellectual Base）两个概念，其中知识基础由同被引文献簇表示，研究前沿则是由文献耦合方法生成的、与知识基础有引证关系的文献群[17]。在已有的研究成果中，对已知研究重点领域进行回顾的较多，挖掘遴选潜在“前沿领域”的较少，对研究领域不同阶段的研究前沿发展脉络梳理和演进研究也不多见。如何确定研究前沿所代表的科研新趋势可能转化为该领域的重要基础研究，还是因缺乏长期的科研价值而衰退或最终蒸发消亡，对于研究前沿的识别与探测研究仍然是一项具有挑战性的课题。

2研究设计

近几年来，科技媒体已经成为人们获取科学信息和追踪科学研究进展的主要途径[19]，越来越多的全球性或专业领域的重大突破以新闻报道和评论的形式呈现在公众视野中，并逐渐成为科研人员和管理者关注的焦点，也为情报研究人员识别科技研究前沿提供了新的方法和视角。早在1996年，美国国防高级研究计划署（DARPA）就曾希望開发出一种自动新闻主题发现系统来识别研究前沿[19]。通过科技媒体对重大研究进展的关注和解读识别研究前沿，本质上是以科技媒体为数据源识别和预测具有潜在影响力的最新研究成果或进展，进而探测研究前沿的发展趋势和动态特征。基于科技媒体视角的研究前沿识别框架与流程见图1。

本文以已探测研究前沿或某主题领域最新文献簇作为知识基础，借助科技媒体的及时快速的新闻敏感性优势识别其施引文献，通过解读科技媒体的新闻报道、研究进展评论和观点文章等文本内容，捕捉在该知识基础的基础上的新发现和新突破。识别方法流程可划为3个阶段：阶段1，知识基础及施引文献获取；阶段2，科技媒体信息源的选择和新闻报道采集；阶段3，经数据映射比对后获取系列重要文献，由专家判读后作为最新研究前沿。

21阶段1：知识基础及施引文献获取

研究前沿的识别与探测研究大都是为了帮助情报人员和科学家对潜在研究前沿预判，即通过其文献计量特征的变化，从目前较为“新颖”的文献中提取出来一些具有“潜在价值”的文献信息。跟踪利用研究前沿的核心论文，对其施引文献的分析，可以发现该前沿的最新进展和发展方向。有学者比较了直接引用、同被引分析、文献耦合等引文分析方法在识别与探测研究前沿的区别，发现基于直接引证的引文网络具有更高的内容相似性[20]。尤其是当识别对象不是大规模文献集时，直接引用能在微观上较早探测到较新、较大的类簇，能更直接揭示研究领域的内容结构特征和发展趋势，不容易遗漏新出现的研究前沿且识别效果较好[21]。图1知识基础的形成可以是某个研究主题领域下的高度相关的文献簇，如通过构建检索式在数据库中检索得到；也可以是以高被引文献簇来表征的已探测到的研究前沿。

施引数据主要从时间、文献类型和权威期刊筛选等方面进行清洗，以保证获取最新的具有较高影响力的施引文献集合。本文以《2015研究前沿》以重点前沿“CRISPR-Cas9系统免疫机制及其在基因组编辑的应用”为例，简述施引数据的清洗过程。由中国科学院文献情报中心和汤森路透公司联合发布《2015研究前沿》，以文献计量学中的共被引分析方法为基础，基于汤森路透的ESI数据库中的10 839个Rearch Fronts，遴选出自然科学和社会科学的10个大学科领域排名位于最前面的100热点前沿和若干新兴前沿。以该前沿49篇核心论文作为本例的知识基础，在Web of Science数据库中累计施引数据（频次）16 540篇，下载时间为2016年4月19日，去重后为4 057篇文献。然后根据JCR期刊分区筛选具有领域影响力的期刊。JCR期刊分区数据以JCR期刊影响因子与被引频次为基础，利用期刊分区算法得出，为国内期刊评价工作提供了重要依据。在2015年以来1979篇文献中选择1区文献共659篇，并去除其它文献类型，只保留Article 424篇和Review 168篇。最终得到592篇施引文献信息，包含文献标题、作者、机构、来源刊、出版时间和DOI号等详细信息。

22阶段2：科技媒体信息源的处理和新闻报道采集

当前的科技媒体主要包括权威科技期刊、行业协会网站、综合性科技网站及其社交网络等，其新闻报道、评论和观点文章经过同行评审与解读，具有较高专业学术价值和新颖性，更能代表新兴技术和最新研究突破。科技媒体信息源的选择至关重要，它不仅可以确保科学研究前沿信息在第一时间及时地传播给读者，也可保证信息的专业性与权威性，避免出现传统搜索引擎存在虚假信息和重复率过高等问题。由于研究前沿具有明显的学科特征，对于研究人员来讲，需要有针对性的掌握领域发展前沿和趋势，从而更深入和精确地进行研究，因此不同学科领域研究前沿的识别需要针对学科特点选择科技媒体，除了如Nature和Science等综合性科技媒体，专业性学术期刊和行业协会网站，通常依据科研人员的学科背景或专家推荐选择1～2个影响力或关注度较高的媒体。其选择标准和特点见表1。

网络数据采集作为网络、数据库与机器学习等领域的交汇点，已经成为满足个性化网络数据需求的最佳实践。科技媒体的数据结构复杂，数据获取工作量大，其更新速度、载文量和栏目板块的设置都对数据的采集提出了更高的要求。数据采集主要流程是遍历目标网页，采集信息，经过数据清洗和存储后提供可用的数据。在确定科技媒体信息源后，选取与重大突破和最新进展报道相关的栏目，如News、Research Highlights、Latest News等。数据的内容获取按照宽度优先遍历的策略遍历网页连接中所有的网页，分析网页，获取满足需求的信息，采集新闻报道的URL链接、标题、时间、作者和正文5个部分，其中新闻报道的正文文末引文通常包含文献信息的标题和DOI号，二者是用于施引文献信息比对识别的关键信息，个别信息缺失需要返回URL链接手动补充并完善。

以Nature为例。Nature所属的自然出版集团2004年宣布成立科学新闻网站，充分借助媒体扩大论文及作者的影响，在出版前发布新闻稿，供媒体报道，使其作者和文章受到世界上最重要的报纸、杂志、广播和电视等新闻媒体最大程度的关注。

Nature将所有栏目文档划分至5大学科领域，如图2所示，选择阶段1案例中的待解读前沿所属领域Biological Science，经统计，上述数据所属栏目共分为Article、Letter、News、Review、Research Highlight、Editorial等28类，选取与新闻报道相关，尤其是与最新研究进展相关的栏目（News、News and View、Research Highlight、News Feature、Reviews）数据，共采集2015年最新数据共1 003条。

23阶段3：重要文献的识别比对与解读

本研究将经科技媒体报道的施引文献视为该研究前沿最新研究进展的重要文献，数据映射比对基于SQL Server比对识别文献标题和DOI号，得到重要文献列表，即上述阶段1和阶段2所得两个数据集合的交集部分。文献的解读，可根据科研人员的具体需求获取全文，或通过科技媒体中的专家评议及观点，获取最新进展的意义及影响等解读，更具权威性。

3实证分析：以CRSIPR-Cas9研究前沿为例

CRISPR-Cas技术作为最新涌现的基因组编辑工具，为构建更高效的基因定点修饰技术提供了全新的平臺，目前已被成功应用于多个动植物的功能研究。2014年CRISPR-Cas系统首次作为新兴前沿出现，随后于2015年成为热点前沿，其正处于一个相对较新颖并快速发展的时期，突破性研究进展不断涌现。本研究以《2015研究前沿》中的重点前沿“CRISPR-Cas9系统免疫机制及其在基因组编辑的应用”为例，选取Nature和Science两大综合性期刊识别研究前沿重要文献，经数据库映射比对与解读，得到重要文献19篇，按发表时间倒序排列，其中Article 17篇（编号1、2、4～9、11～19），Review 2篇（编号3、10），根据研究内容可以分为CRISPR-Cas9技术的改进和应用研究两个方面，重要文献信息见表2。

31CRISPR-Cas9技术的改进

CRISPR-Cas9系统的暂时性开启或关闭；CRISPR-Cas9系统的作用效果是持续性的，而研究人员有时需要在特定位点暂时性的启动或关闭基因表达。为此，科学家们报道了一系列不同的方法，达到了相似的目的，文献[12]制造出只有在蓝光刺激下才具备基因组编辑能力的Cas9酶；文献[17]构建只有在蓝光照射下才具有活性的CRISPR-Cas9体系，利用光遗传学系统对细胞行为进行精确的时空控制；文献[16]设计了一个通过化合物强力霉素激活的CRISPR-Cas9系统，同样达到了控制该系统起作用的目的。

CRISPR-Cas9系统准确性、专一性和安全性的提高；CRISPR-Cas系统广泛存在于细菌和古细菌中，但原始DNA修复系统通常会产生一定的错误。CRISPR-Cas9技术的发起人之一，美国博德研究所的张锋团队成功将基因编辑中的脱靶效应降低到了几乎无法检测的水平（文献[4]），这可能打开治疗遗传疾病的大门；该团队还发现一种不同的CRISPR系统（文献[11]），其有潜力实现更简单、更精确的基因组工程操作，甚至可用于编辑人类细胞基因组；再次，该团队还发现了一种高效的Cas9核酸酶（文献[15]），攻克了体内基因组编辑面临的一个主要挑战，有助于CRISPR工具箱更容易地应用于体内实验和治疗用途。最后，张锋团队对该技术进行改造使其可以在活细胞中有效启动任何基因，快速对整个基因组进行功能筛选，帮助人们鉴定涉及特定疾病的基因（文献[18]）。此外，文献2发现一种改良版本的新型CRISPR-Cas9核酸酶，可以将脱靶率降低至无法检测到的水平；文献[14]也采用小分子激活条件性Cas9蛋白的新策略，将基因组编辑的特异性提高了25倍，大大扩展了这一基因编辑技术应用的过程。

32CRISPR-Cas9技术的应用

CRISPR-Cas9技术推进生物安全法规的立法进程；植物科学家利用CRISPR-Cas9技术对农作物进行改造，引起监管机构争议，欧盟已立法将此类植物归为转基因生物。文献[8]利用CRISPR-Cas9技术在不引入外源基因的前提下删除特定基因，从而获得可以绕过国家生物安全法规的改良植株。该项工作被认为是具有里程碑式的突破性进展，也促使欧盟和美国正在考虑对最新技术立法。

CRISPR精确地控制基因开启及激活的时间；文献[13]认为拥有操控表观基因组的能力将可能为基因治疗及引导干细胞分化提供一条新途径；文献[19]为构造合成基因表达如重组细胞命运或设计代谢途径提供了强有力的工具。文献[1]利用CRISPR-Cas9技术在4万个字母的序列中引发突变，将结果绘制成了展示增强基因表达的DNA序列图谱。

CRISPR推进了猪器官向人体移植的进程；文献[9]在猪细胞中应用CRISPR编辑方法破坏了猪基因组62个位点的潜在有害DNA序列。这有可能是迄今为止通过CRISPR实现精确、广泛遗传改变最极端的例子。它也为人们带了希望：这一技术最终可让猪器官适合于人体。

利用CRISPR-Cas9技术消灭昆虫传播疾病；文献7报告了一种基于CRISPR-Cas9的基因驱动系统改造的蚊子品系，它能够通过后代将疟疾阻断基因快速导入蚊子种群，最终消灭这种蚊子向人类传播疟疾的能力。文献[5]对冈比亚按蚊进行了遗传改造，这种改造有可能大大减少或消灭当地的疟蚊种群，他们的研究成果朝着开发出新的传病媒介控制方法迈出了重要的一步。与此同时，许多科学家又担心上述蚊子的传播可能会出现无意识或未知的生态后果，甚至伤及整个生态系统，文献[6]利用酿酒酵母研发保护措施，率先制定了积极的生物安全措施，确保可在受限的实验室试验中有效安全地研究基因驱动，更加凸显CRISPR强大的实用价值。

33研究前沿识别结果讨论

CRISPR-Cas9作为基础的工具，已经满足了基因组编辑以及表观遗传学调控所需要的一个有效的、可编程的、容易使用的平台。因此，这个领域正在飞速发展，并快速发现新的方法来适应这个系统。从研究内容上看，对CRISPR-Cas9技术不断改进，提高准确率和安全性，不断推动用于医疗的可能性，成为研究人员的主要方向（共9篇，编号2、4、11、12、14～18）。此外，该技术应用也不断得到拓展，涉及相关文献8篇（编号1、5～9、13、19），显示研究人员不断发挥该技术推动基因编辑的巨大应用潜力，将其用于改造不同的实验材料或克服现存的实验难题，主要涉及植物基因编辑、表观遗传学、高通量图位克隆、器官移植和基因驱动等。

通过对上述最新研究进展的解读分析，研究人员可以预见到许多激动人心的应用前景，例如通过调节内源性位点上的表达，探测新类别的非编码基因功能，以及应用于人类基因治疗的新范式。CRISPR-Cas9系统极有可能是未来精确和高效基因修饰的解决办法，在临床医疗、基础理论研究和农牧渔业等领域必将发挥巨大的作用，并对分子生物学研究和基因治疗领域产生深远的影响。

4结语

近几年来，科学研究前沿的识别与探测主要仍是利用已经发表的论文数据，其手段集中于跟踪和利用其计量学信号，但当某主题领域显示出或强或弱的计量学信号时，该研究领域已经发展到一定规模，此时的跟进式研究难以在基础前沿和关键技术研发中发挥引领作用，使得科技战略情报服务信息价值与智力支撐受到制约。研究前沿最初往往起源于一篇或少数几篇文献中包含的某种思想、方法或技术，其规模难以引起计量学特征的变化。本文在梳理相关研究的基础上提出一种新的识别与探测研究前沿的方法，即基于科技媒体的新闻报道、评论和观点文章筛选重要施引文献，识别和预测具有潜在影响力的最新研究成果或进展，进而探测研究前沿的发展趋势和动态特征。该方法在有效揭示该领域的重大突破的同时，能够帮助研究人员通过媒体报道获取各领域专家对研究进展的评价和预测，及时掌握研究前沿动态，对于提高科技决策的信息依据，促进科技创新与发展也具有积极意义。

基于科技媒体视角的研究前沿识别方法仍处于尝试性研究阶段，存在很多可能引起误差的因素和局限。媒体信息源的选择目前没有客观的标准或共识，虽然对信息源的规范能够排除大量转载和干扰信息，但选择具有一定的主观性，许多媒体报道更多倾向其旗下刊物，对最新的重要研究进展的覆盖可能不够全面；网络数据采集的过程繁琐，获取难度较大，技术性要求较高，对不同的科技媒体源需要制定不同的采集流程；不包含文献标题或DOI等关键信息的报道难以识别，造成信息丢失，人工识别比对耗时较长；对数据采集本身而言，网络的复杂性，网络数据格式不友好，目标数据标签找不到也会对数据的采集造成困扰。

目前，研究前沿的识别和探测已由单一数据源分析逐渐向多源数据的对比分析转变，除了传统的论文数据，科技规划文本、正在研发的项目数据、科学论文使用数据和替代计量数据等数据源同样可以作为研究前沿探测的数据源[6，22]，但尚未有人注意到科技媒体在研究前沿识别上蕴含着的巨大潜力，虽然现阶段对其进行挖掘、抽取与利用的难度较大，但随着网络数据的规范化与文本挖掘技术的进一步发展，科技媒体凭借其反应快速，观点权威等特点必将在研究前沿的探测识别上发挥更大的实际效用。而在创新驱动战略和新技术环境下，搭建起基于大数据的信息资源平台，通过挖掘技术以及分析技术为科研人员提供个性化、精准化和定制化的信息，一定能够更好地为重要领域的科技创新提供前瞻性和战略性的情报服务。

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（责任编辑：孙国雷）