摘要

科學家和發明家在不斷變化的問題、機遇和挑戰中確定自己的工作方向，然而對于研究領域之間的轉換及其成果的理解仍然有限。有關創造性探索的理論強調了探索的潛在益處，但也指出超越自身專長存在困難。在此，我們引入一個衡量框架來量化研究人員與其現有工作的偏離程度，并將其應用于數百萬篇論文和專利。我們發現普遍存在一種“轉換懲罰”，即研究人員離其先前工作越遠，新研究的影響力就越急劇下降。這種轉換懲罰幾乎普遍存在于科學和專利領域，并且在過去五十年中其程度不斷加大。更大的轉換還表現出與既定知識組合的融合度較低、發表成功率更低以及市場影響力更小。對研究領域的意外沖擊，可能會將研究人員推離現有領域或拉入新領域，進一步表明存在顯著的轉換懲罰，包括在新冠疫情的背景下也是如此。這種轉型懲罰在不同領域、職業階段、生產力水平、合作情況和資金背景中普遍存在，凸顯了適應性挑戰的廣泛性和深刻性。總體而言，研究結果表明，有效適應新機遇和新威脅面臨著巨大且不斷加劇的挑戰，這對個體研究人員、研究機構、科學政策以及整個科學界和社會應對新需求的能力都具有重要影響。

關鍵詞：樞軸懲罰（Pivot penalty）、研究適應性（Research adaptability）、再投向度（Pivot size）、撤稿事件（Retraction）、COVID-19 研究轉向、創新搜索（Exploration vs. Exploitation）、專業化與跨界、科學政策

集智編輯部丨作者

論文題目：The pivot penalty in research 論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09048-1 發表時間：2025年5月28日 論文來源： Nature

在瞬息萬變的科研環境中，科學家和發明家時刻面臨新的問題與機遇。無論是合成生物學的崛起，還是全球氣候變化、COVID-19 大流行，研究者都必須決定是繼續深耕既有領域，還是邁向陌生領域。然而，跨越專業邊界的難度、科研文化與激勵機制的制約，以及對新領域受眾與同行評價的擔憂，都會影響這種轉向的成效。本研究首次提出“研究樞軸”（pivot）測量框架，并揭示了普遍存在且日益嚴重的“樞軸懲罰”現象，即研究者轉向越遠，新成果的學術與市場影響力越低，對科學適應性與科研管理具有深遠啟示。研究作者團隊中的殷裔安曾在集智參與了計算社會科學的分析與建模方法的圓桌論壇，感興趣的朋友可以關注。關注如何應用計算工具以理解影響科技進步和創新成果的個體，社會和環境過程。

量化研究轉向：再投向度（Pivot size）框架

科研轉向如何量化？文章通過“余弦相似度”構建再投向度 Φ，將每篇新論文或專利所引用的期刊（或專利技術分類）分布，與作者以往工作的期刊分布進行比較。Φ 值介于 0–1 之間：值越接近 0，表示新作與既有方向高度一致；值越接近 1，則表示作者跨界程度越大。對 1970–2020 年 2,580 萬篇論文及 1985–2020 年 172 萬件美國專利進行大規模計算后發現，無論是論文還是專利，2020 年的轉向度分布均橫跨整個區間，且在 COVID-19 研究中轉向度中位數顯著高于非疫情研究。

圖 1. 量化研究樞軸。a、樞軸度量將焦點工作與同一研究人員以前的工作進行比較。區間[0,1]上的值越大，表明研究人員先前工作的樞軸越大。在科學領域，期刊被用來定義研究領域（如圖）；在申請專利時，使用技術分類。b，作者樞軸在2020年的分布（n = 832萬篇論文作者觀測值）分散在[0,1]區間內。c， 2020年發明人樞軸的分布（n = 166,000個按專利發明人觀察值）分散在[0,1]區間內，并且是雙峰分布。2020年，COVID-19論文(b)的中位數樞軸值高于其他論文。

樞軸懲罰：研究影響力的代價

核心發現之一是“樞軸懲罰”（Pivot penalty）：作者研究轉向越遠，其工作進入領域前 5% 引文高產成果的概率就越低。具體而言，論文的最高與最低樞軸組別，高影響率分別為 2.2% 與 7.4%，前者較基線 5% 下降 56%，后者則高出 48%；在統計回歸中，這種影響力差距在控制作者個體固定效應后依然顯著。對于專利，最高與最低樞軸組別高影響率分別為 3.8% 與 8.0%，下降幅度達 24% 與上升 60%。更令人擔憂的是，過去五十年間無論在科學還是專利領域，這種“懲罰”都在不斷加劇，且在九成以上的細分領域均存在類似趨勢。

圖 2. 樞軸懲罰。a，在一項對1970年至2015年發表的2580萬篇論文的研究中，樞軸越大的論文具有高影響力的概率就越低。b，對于一個特定的作者，其論文的相對影響力隨著樞軸大小而急劇下降。c，在一項對1980年至2015年的172萬件美國專利授權的研究中，樞軸規模越大的專利具有高影響力的概率就越低。d，對于一個特定的發明者，其專利的相對影響隨著樞軸的大小而下降。隨著時間的推移，樞軸小與高影響力作品之間的關系在科學出版(e)和專利(f)中變得越來越負相關。

概念框架與作用機制剖析

為了理解為何高樞軸會導致低回報，文章從聲譽與創意生成兩大視角展開討論。

• 聲譽視角：研究者在既有領域的聲譽優勢（馬太效應）難以復制到新領域，而“標簽定型”（Typecasting）又會削弱跨界成果在既有社區的接受度。實證上，即便同一作者在同一刊物發表高低樞軸論文，高樞軸論文的影響力依舊顯著偏低，但在同一聽眾群中（同刊）這種懲罰略微減弱 26%，支持聲譽遷移的局限性理論。

• 創意搜索視角：經典的“探索–利用”（exploration vs. exploitation）理論認為，跨界探索雖高風險卻可能帶來高回報，可惜實證發現高樞軸論文在學術與行業使用（專利引用）中，越是極端高影響（前 1% 或 0.1%），低樞軸組別超額出現 65–91%，高樞軸組別卻嚴重欠缺 69–73%，反映跨界探索難以實現“高風險高回報”想象。

• 專業化積累視角：持續深入特定領域能掌握更豐富的方法、理論與工具，而高樞軸論文往往缺乏對既有知識的常規整合，其“新穎度”（novelty）雖高，但“常規性”（conventionality）顯著不足——這恰恰是高影響論文的“新穎+常規”雙重特征。

外部事件下的樞軸反應：撤稿與 COVID-19

撤稿事件（Push）——利用 Retraction Watch 數據，研究人員對比引用同一刊物、同一年撤稿論文與非撤稿論文的作者，發現撤稿后“被推離”領域的作者再投向度平均上升 2.5–3.7%（P?<?0.001），與此同時，其高影響率下降 0.4–0.7%（P?<?0.001），并在事后持續數年才逐步回穩，驗證了強迫轉向所帶來的適應成本。

圖 3. 樞軸和撤稿事件。a，這種差異中差異分析（difference-in-differences analysis）比較了直接引用被撤稿前的論文的科學家和引用與被撤稿論文相同期刊和年份的其他論文但不引用被撤稿論文的對照科學家。在撤回論文之前，有164988名被處理的作者至少引用過一次（18505名被處理的作者至少引用過兩次），但他們本身并不是被撤回論文的作者。將這些被處理科學家的論文的樞軸大小和影響與相同數量的對照科學家在撤稿前后的論文進行比較。b，牽回后，實驗組科學家的樞軸大小明顯高于對照組科學家（0.025±0.001 s.e）。pivot-size增加，P < 0.0001，回歸，n = 582萬作者的論文觀察值)。當關注引用撤回論文至少兩次的科學家時，效果更大（0.037±0.001 s.e.）。pivot-size增加，P < 0.0001，回歸，n = 296萬作者論文觀察值)。c，撤稿后被治療的科學家的論文點擊率下降（- 0.004±0.001,P < 0.0001, n = 582萬），并且引用撤稿論文兩次以上的科學家的影響更強（- 0.007±0.001,P < 0.0001, n = 296萬）。d,e，對治療組和對照組作者的逐年分析進一步表明，從撤稿年份(d)開始，樞軸大小的增加具有統計學意義（P < 0.001），從撤稿后一年(e)開始，命中率的下降具有統計學意義（P < 0.05）。在b-e中，條形和標記表示差中差回歸系數，晶須表示由回歸標準誤差得出的95%置信區間（見差中差）。

疫情應對（Pull）——面對 COVID-19 的緊急需求，科學界出現大規模“吸引”式樞軸。到 2020 年 5 月，4.5% 的新論文與疫情相關，所有學科均有響應。COVID-19 文章的樞軸中位數（Φ=0.82）遠高于同期非疫情論文，且這些高樞軸論文即便在高刊位發表，其“樞軸懲罰”依舊顯著——高低樞軸 COVID-19 論文在期刊影響力（歷史高影響率代理）上的差距達 61%（P?<?0.001），顯示“被拉入”緊急領域并不能抵消跨界帶來的沖擊。

圖 4. 樞軸與COVID-19疫情。a，學界在2020年迅速轉向COVID-19 （COVID -19）研究，2020年5月，COVID-19出版物占所有科學出版物的4.5%，此后一直保持高比例。b .衛生科學和社會科學的反應最為強烈，但所有從事COVID-19研究的科學領域都是如此。c，撰寫COVID-19論文的科學家比他們在之前的工作中、在2020年的其他工作中或比匹配的對照科學家轉向的程度更大。d、比較2020年各領域的COVID-19和非COVID-19論文，異常大的樞軸是COVID-19研究的普遍特征。e， COVID-19論文經歷了影響溢價，但在COVID-19和非COVID-19研究中都出現了樞軸懲罰。與中值樞軸規模（虛線）相比，由于中值樞軸規模較大，COVID-19的影響溢價基本上被樞軸懲罰抵消。f,g,h，對于COVID-19研究人員來說，與新合作者合作尤其常見，與他們自己以前的工作、2020年的其他出版物以及對照科學家相比，他們與新合作者的合作程度不同尋常(f)。盡管如此，對于大型和小型團隊(g)以及聘用新的或現有的共同作者(h)來說，樞軸懲罰仍然存在。i,j，樞軸較高的工作在整個科學領域（藍色）和COVID-19論文（紅色）中承認資金支持的可能性要小得多。COVID-19論文尤其不可能承認資助支持(i)，但樞軸懲罰甚至出現在資助工作和非資助工作中(j)。k，盡管個人、合作和資助特征嚴重制約了科學的適應性反應，但在回歸分析中，它們并沒有單獨或集體克服基本的樞軸懲罰。

討論與政策啟示

本文研究揭示了科研轉向的艱難與代價，對個人與機構在快速變化的研究環境中如何布局提出重要思考：

• 人才布局：單靠現有團隊“內部培養”往往難以獲得高回報，機構可考慮“并購式”人才引進（acqui-hire），或保持研究隊伍多樣化，以在不同領域具備儲備；

• 基金與激勵：資助機構應權衡“深耕”與“跨界”資助策略，既要鼓勵基礎積累，也要為高風險高潛力的轉向型項目提供長期支持；

• 風險管理：研究機構可采用“投資組合”理念（Portfolio theory）分散研究項目風險，將資源配置在既有優勢領域與新興前沿領域之間；

• 學術評價：期刊與評審體系需關注跨界研究的特殊性，為高樞軸論文提供適度寬容與持續跟蹤，避免過度依賴傳統引用與影響因子指標。

結語

從撤稿沖擊到全球大流行，本研究以逾千萬篇論文與專利為樣本，首次系統量化了科研樞軸行為與其“樞軸懲罰”效應。結果表明，跨專業探索并沒有想象中那么容易消化與吸收，即便在最緊急的 COVID-19 研究中也未能例外。這一發現提醒我們，科學適應性不僅需要勞動投入與資金支持，更需對人才結構、評價機制與科研政策進行深度反思，以真正提升整個科研體系應對未知挑戰的能力。未來研究可進一步探討跨界轉向的動態路徑：在初期樞軸失敗后，哪些策略能幫助研究者在新領域扎根，最終實現突破？同時，“樞軸懲罰”是否也普遍存在于產業、企業與社會其他領域？這些問題值得持續關注。

彭晨| 編譯

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