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복잡계와 의학 : 진료대기실에 있는 코끼리
콜린 제임스 알렉산더, 심용식 ㅣ 글통 ㅣ Complexity and Medicine
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2022년 06월 06일
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316page/153*225*22/656g
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9791191965070/1191965074
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  • 생명공학과 농수산업에서는 유전자 수준에서 많은 진보를 이루기는 하였지만, COVID-19로 인하여 유전자 수준의 치료인 mRNA 백신을 인간에게 대규모로 전격적으로 도입한 것은 이번이 처음인 만큼 이러한 치료에 찬반과 예상치 못한 합병증들이 분분하다. 감염병과 같이 원인이 확실한 질병은 유전자 수준 치료의 의학의 진보는 발전을 거듭하겠지만, 아직도 원인 불명의 많은 질환들이 대체요법이라는 막연한 치료에 그치고 있고, 질병의 예방은 실패하는 경우가 많으므로 복잡계 개념을 의학 연구에 이용하여야 한다고 주장한다. 이 책에서는 기존의 복잡계 관련 책에서 흔히 등장하는 복잡한 방정식과 난해한 그래프 등에 익숙한 독자나 복잡계를 연구하시는 분들은 저자가 복잡계를 소개하기 위한 ‘메이의 방정식’ 외에는 다른 방정식이 없음이 이상하고, 통계학적 평가가 없음이 특이하다고 할 수 있다. 저자는 의학이 많은 성공에도 불구하고 질병들의 긴 목록을 해결하지 못하고 있다. “복잡계와 의학”에서 알렉산더 교수는 이 실패가 복잡성 이론으로 질병을 통합하고 조사하기 위한 도구로 사용하기를 꺼리는 결과라고 주장하였다. 경제학 및 기상학과 같은 다양한 분야에서 사용되는 복잡성 과학은 결과가 개별 요소 간의 상호작용에 의존하고 구성 요소의 검사에서 예측할 수 없는 동적 네트워킹 시스템의 연구를 포함한다. 조직과 장기는 단순한 시스템으로 보여졌지만, 복잡성 개념은 의학적 사고에 무시할 수 없는 변화를 만들었다. 지은이는 복잡성 과학이 임상 의학의 일반적인 문제를 해결하는데 어떻게 사용될 수 있는지를 보여준다. 첫 번째 섹션에서는 선형 문제와 테스트에 적합한 의학의 과학적 방법이 비선형 시스템에서 부적절한 이유를 설명한다. 카오스 이론과 자기 조절 동적 시스템을 조사하고 복잡한 질병에서 가설을 개발하기 위한 복잡성 기반 검색 모델을 제안한다. 두 번째 섹션에서 저자는 골다공증, 특발성 골관절염, 파젯병, 척추 질환 및 천식, 정맥류 등에 대한 비교동물학적 개념으로 인간과 유사한 침팬지의 관절운동범위를 이용한 ‘사용하지 않은 호(unused arc)가설’을 공식화하여 30~40년을 장기 추시해야할 골관절염과 다양한 미해결 질환에 대한 모델을 테스트하기 위해 광범위한 연구에 활용한다. 이 모델은 천식 및 하지정맥류와 같은 다른 시스템의 장애에 적용할 수 있으며 원인을 찾는 데 있어 기존 접근 방식보다 훨씬 더 효과적인 것으로 나타났다. 의학계의 복잡성 이론은 진료 대기실에 있는 코끼리와 같다. 그러나 현실은 복잡성 개념이 너무 오랫동안 무시되었다. 의학에서 복잡성 개념을 받아들이지 않는 한 많은 난치의 질병은 해결되지 않은 채로 남을 것이다. 책의 처음 글에서 로버트 프로스트의 ‘가지 않은 길’이라는 시가 암시하는 것처럼 저자가 기존의 연역적 환원주의 논리를 벗어난 학제를 넘어선 귀납적 방법으로 연구를 진행한 모델을 제시한다. 마치 2006년도에 수학자 페렐만이 ‘푸엥카레의 추측’을 수학적 방법이 아닌 물리학적 방법으로 풀었듯이 저자도 의학이라는 학제를 넘어서 비교동물학적 방법을 이용한 해결책의 모델을 제시하고 있다.
  • 복잡계과학, 그리고 카오스, 프랙탈 등등의 단어들이 이제는 더 이상 생소하지도 않음에도 불구하고, 이러한 분야와 관련된 책은 왠지 어려운 수학 공식과 얼핏 이해하기 어려운 그래프들로 가득 차 있을 것만 같고, 이 분야 과학에 관련된 많은 학자들의 이름들이 언급되므로, 이 분야의 과학은 그 시작점이 어디이고 어떠한 개념의 시작과 방향과 범위를 가름하기 어려운 것이 사실이며, 그러므로 독자들이 책을 사놓고 끝가지 읽기가 어려운 분야중 하나가 카오스-복잡성 분야의 책일 것이다. 과거에 삼성경제연구원에서 복잡계 개론과 복잡계 워크샵을 진행하면서 우리나라에서 복잡계에 대한 연구의 큰 흐름을 모아 놓았고, 근래에는 한국 복잡계 학회가 구성이 되어서 많은 연구들이 나오고 있다. 과거에 비하면 수준 높은 연구들이 나오고 있지만, 대부분이 그야말로 복잡한 공식을 이용하고, 그 공식들을 이용한 그래프들이 현란하게 나오는 그럴듯한 내용들이지만, 복잡계의 개념적 이론에 근접한 연구들이 눈에 띄지 않는 것 같다. 사실 복잡성이라는 단어는 자신을 지지해주는 과학적이며 철학적 인식론적인 유산이 없기 때문에 스스로 정당성을 증명해야 한다. 이는 보스턴 대학의 피터 우드 교수가 주장한 것과 같이 ‘다양성’이라는 단어가 자신을 지지해주는 철학적 개념이 없는 것과 유사하며, 종교적으로 모세를 만난 여호와가 ‘나는 스스로 있는 자(I AM WHO I AM)’라고 자신을 입증하는 것 같은 논리와 유사하다. 이에 대하여 에드가 모랭(Edgar Morin)의 ‘복잡성 사고 입문’이라는 책에서 “복잡성은 문제를 제기하는 단어이지 문제를 해결하는 단어가 아니다.”는 주장이 올바른 설명으로 보인다. 에드가 모랭은 복잡성 사고의 필요성은 사유의 한계의 불충분함으로 인한 1) 복잡성 사고의 필요성 단계와 2) 복잡성을 복잡성들의 복잡성으로 묶을 수 있을 가능성과 3) 이러한 복잡성의 도전에 대응할 사유의 방식을 찾아야 한다고 주장하였다. 에드가 모랭은 블레즈 파스칼(Blaise Pascal)의 “가장 멀리 떨어져 있고 가장 상이한 것을 연결하는 자연적이고 눈에 띄지 않는 관계가 모든 사물을 유지하고 있다.”는 가정이 정확하다고 보면서 물리적 세계와 생물학적 세계의 복잡성이 연결되는 ‘인류학적 현상’이 고유한 초복잡성(hyper-complexity) 수준의 살아있는 존재의 가능성도 상상한다. 이러한 연구는 현대의 세분화된 과학적 사유들이 개방적 소통을 통한 자기 조직화(논리화, 존재)를 통하여 이룩할 수 있다고 주장하였다. 저자인 콜린 제임스 알렉산더 교수는 에드가 모랭의 주장과 같이 1), 2)의 단계를 넘어서 3)의 단계의 복잡성에 대응할 사유의 방식으로서 의학적 학제를 넘어서서 형질 인류학적 학제와 소통하는 실제적 알고리즘 만들기에 충실한 훌륭한 사례를 보여준 연구이다. 저자는 의학적 사고(medical thinking)로부터 복잡성을 배제한 것으로 볼 수 있는 실패 사례의 대표적 예를 유전체(genome)를 풀면 질병에 대한 의료 개입의 양자 점프(quantum jump)로 이어질 것이라는 낙관적인 예측이며, 이 예측은 유전자 결정론의 환원주의적 개념, 즉 단순한 청사진으로서 유전체의 개념에 기반한 아이디어가 틀렸다는 것이다. 유전체 시스템은 사실 자체 조절 동적 시스템이며, 이것의 창발적인 특성은 개개의 유전자에 의해서가 아니라 여러 구성 요소들 사이의 끊임없이 변화하는 상호작용(일부는 억제하고 일부는 자극하는)에 의해 결정되며 시간이 지남에 따라 변하고 상황에 따라 결정되기 때문이라고 한다. 그렇다면 이번 COVID-19에 대한 mRNA 백신은 이론적으로는 완벽...
  • 추천의 글 감사의 글 옮긴이의 글 복잡한 질병들의 문제 1. 의학의 실패 : 복잡한 질병의 원인 찾기 2. 카오스 이론 3. 복잡한 자기 조절 동적 시스템 4. 원인을 찾기 위한 검색 알고리즘 패턴 매칭 모델 테스트하기 5. 특발성 골다공증 6. 카오스 이론과 변형성 골염 7. 척추의 질병들 8. 연부조직, 정맥류, 천식 9. 특발성 골관절염 10. 사용하지 않은 호(弧) 이론을 위한 발병기전의 검색 11. 매칭 패턴 찾기 12. 사용하지 않은 호 가설 테스트 13. 원인 찾기의 장애물들 14. 푸앵카레와 숫자의 오류 REFERENCES
  • P 38 모든 질병이 필수적으로 정해진 ‘원인’이 있어야 하는 것도 아니고, 예방할 수 있는 ‘원인’을 가지고 있어야 하는 것은 아니다. 약간의 독성 요소에 대한 노출로 인한 부득이한 고장, 역동적인 피드백 시스템에서의 이탈, 또는 간단한 연령과 관련된 변성 등 몇 가지 질병들과 같이 인간의 조절을 벗어나 있는 것도 있다. P 47~48 전염성 질병은 하나의 세균이 하나의 가설인 선형 방정식적 논리이다. 그러나 복잡한 질병은 비선형적이다. 그것들은 다른 장기들과 상호작용하는 다수의 장기들을 포함하여 적절한 것을 확인할 방법이 없는 다양한 가설들을 만들어낸다. 이런 예측할 수 없는 현상을 연구하는 과학자들은 두 가지 새로운 과학적 도구, 혼돈 이론과 복잡성 이론을 개발하였고 점차적으로 동적 시스템에 대한 더 큰 이해로 이끌어내었다. 의학계는 이를 받아들이기를 더디 하지만, 원인을 찾는 문제가 해결되어야 한다면, 이 새로운 방법을 질병의 예방과 치료의 복잡성에 적용할 가능성이 매우 높아 보인다. 이것이 옳다면, 복잡성 측면에서 질병을 다시 고려하는 것이 자기-조절식 동적 시스템(self-regulating dynamic system)의 새로운 창발적 현상(emerging phenomena)으로써, 원인을 찾기 위한 더 나은 연구 모델을 제공할 수 있을 것이다. 이 연구는 이러한 가능성을 찾는 것이 목적이다. P 79~80 복잡성 과학과 표준 과학의 가장 중요한 차이점은 복잡한 구조에서 시스템의 구성 요소에 의해서가 아니라 시스템 간의 상호작용이라는 점이다. 결과를 결정하는 것은 네트워크의 여러 요소 간의 상호작용이다. 이러한 시스템의 특징은 결과가 예기치 않은 것이며, 개별 구성 요소에서 예측할 수 없다는 것이다. 출력을 ‘창발 속성들(emergent properties)’이라고 하며, 이 시스템은 ‘창발(emergence)’을 나타낸다고 한다. 구성 요소가 진동하는 값의 집합을 ‘어트랙터(끌개 attractor)’라고 하며, 이러한 값은 주기적으로 고정된 상태에서 동적 단계의 변화로 인해 혼돈된 상태로 변할 수 있다. 많은 관찰자들에게 있어 복잡한 시스템과 단지 번거로운(complicated) 시스템 사이의 가장 중요한 차이점을 구성하는 것은 창발 능력(capacity for emergency)이다. P 83 신경 뉴런에 대한 어떠한 검사들도 마음을 설명해 주지 못하고 유전자는 나무를 예측하지 못한다. 복잡성 과학의 현실이 인식되면 환원주의적 과학이 충분하다는 인식을 유지하는 것이 과학의 진전에 있어 주요 장애물이 된다. 증거가 분명하다. 생물학적 동적 시스템과 관련된 방정식의 대다수는 항상 알려지지 않을 것이다. 생물학적 과학을 포함한 자기 통제 시스템의 수학은 불가피하게 비선형이며, 진화론, 양자 이론, 우주론, 기상학과 경제학들에서 최근 과학 성과들의 대부분은 선형 과학만으로는 출현할 수 없었다 P 90 예를 들어 의학적 사고(medical thinking)로부터 복잡성을 배제한 것으로 볼 수 있는 실패 사례를 찾는 것이 어렵지 않다. 아마도 이들 중 첫 번째는 유전체(genome)를 풀면 질병에 대한 의료 개입의 양자 점프로 이어질 것이라는 낙관적인 예측이었을 것이다. 이 예측은 유전자 결정론의 환원주의적 개념, 즉 청사진으로서 유전체의 개념에 기반을 두었다. 단순한 청사진이라는 유전체의 아이디어가 틀렸다는 것이 분명해졌다. 그것은 사실 자체 조절 동적 시스템이며, 이것의 창발적인 특성은 개개의 유전자에 의해서가 아니라 여러 구성 요소들 사이의 끊임없이 변화하는 상호작용(일부는 억제하고 일부는 자극하는)에 의해 결정되며 시간이 지남에 따라 변하고 상황에 따라 결정된다. P 99~100 정량...
  • 콜린 제임스 알렉산더 [저]
  • 방사선과 의사이자 뉴질랜드 오클랜드 의과대학의 방사선과 교수였다. 저자는 이 책을 저술한 직후 87세로 영면하였다.
  • 심용식 [저]
  • 전북대학교 의과대학을 졸업하고 동대학원에서 박사 학위와 동대학병원에서 정형외과 전문의 수련을 하였다. 프랑스에서 장 드보세 교수와 앙리 그라프 박사에게 척추 수술을 연수하였고, 몬트리올 콩코르디아 대학교의 세르쥬 그라코베츠키 교수와 척추 엔진 이론을 기반으로 하는 척추기능검사에 관한 연구를 하였다. 전주삼성병원 원장을 역임하였고, 현재는 포도나무요양병원 원장으로 근무 중이다.
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