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 완벽한 청사진이지만, 임상적으로는 왠지 불완전하고 불안전하며 불행한 창발현상이 발생하여 예상하지 못했던 합병증을 만들어 낼 수도 있을 것이라는 상상을 하게 만든다.


이중 맹검과 환원주의적 논리에 익숙하고 당면한 문제를 즉시 해결해야하는 의료계에서는 이러한 학제를 넘어서는 귀납적인 논리가 생소하므로 격앙된 거부 반응을 보일지 모르지만, COVID-19와 같은 재난성 질환과 난치성 질환들, 그리고 만성 질환들의 예방과 치료 그리고 질병에 대한 관점을 획기적으로 바꿀 수 있도록, 다양한 의학 기술들이 발전할 수 있는 가능성의 대문을 활짝 열어 놓은 시도이며 도전이다.

○추천의글

<정의화 : 신경외과 전문의 ？ 부산봉생병원 의료원장 ？ 19대 후반기 국회의장>
인문？사회과학이나 천문 우주 등에서는 카오스 복잡계 연구가 활발하나 의학 분야에서는 인간 생명 현상 자체가 지극히 카오틱하고 복잡한 현상임에도 불구하고 뇌신경이나 심장 운동 등에서 일부 연구되는 것 외에는 아직까지 크게 활용되지 못하고 있는 것 같다. 대한민국 의료계가 임상 진료 연구는 세계적 수준임에도 불구하고, 아마도 기초 연구에 대한 지원과 투자가 부족하기 때문이라는 생각도 들지만, 그것보다도 먼저 ‘복잡계-카오스’라는 혼란스러운 개념을 의학적으로 어떻게 연구해야 하는지 방법을 찾지 못했기 때문이라 생각한다.


마침 이런 때, ‘복잡계와 의학’라는 책이 번역된다고 하니 참으로 반갑다. 특히 이 책이 정형외과 분야와 관련된 골관절염이라는 난치병 문제를 인류학(anthropology)의 형질인류학적 개념을 가지고 침팬지의 관절 운동성과 비교하는 ‘사용되지 않은 호 이론 (un-used arc theory)’을 통하여 골관절염의 발생과 치료의 방향을 제시하는 글이어서 매우 놀랍다. 왜냐하면, 만일 의학적 논문을 쓴다면 골관절염의 변화를 인간의 일생을 통하여서 연구하려면 연구 기간이 최소 40년 이상 걸려야 할 연구를 의학이라는 학제를 넘어서는 형질인류학적 접근법을 통하고 또한 이를 위하여 질병 원인 찾기와 패턴 매칭 모델 실험이라는 두 가지 알고리즘을 이용하여 결론을 내린 연구이기 때문이다. 이러한 연구는 현대의학의 연역적 논리나 이중맹검법을 주된 연구방법으로 이용하는 의학계에서는 받아들여질 수 없는 연구이지만, 의학계가 아닌 과학계에서는 인정받는 연구가 된 것으로 보인다.

<문명상 : 전 카톨릭 의대 정형외과 교수 ？ 전 대한정형외과 학회장 ？ 전 아시아 태평양 정형외과 회장>

질병 위주의 현대의학에서 해답은 없다. 현대의학은 질병만을 바라보고 환자를 전체로서 보고있지 않다. 현대의학은 좋으나 인간 전체를 보지 않고 전자현미경적으로만 보려고 한다. 즉, 우주를 바라볼 수 있는 망원경을 만들었고 가지고 있는 과학자가 마치 현미경으로 인간이란 우주의 일부를 바라보려고만 하는 단점과 같다. 이 책은 인간의 골관절염에 대한 연구는 인간들을 40년 이상 추시해야할 현미경적 시각의 의학의 학제를 뛰어넘어서 비교동물학을 이용하여 ‘사용되지 않은 호’ 이론을 통하여 골관절염을 접근하고 장기적 해결책을 제안한다는 점에서 매우 흥미롭다.

이것은 흥미로운 책이지만 한가지 혹은 골관절 동작만을 바라보는 시각이고 정신세계를 다루지 않았다. 그러나 후일 정신과 육체가 조화로운 관계를 찾아가는 연구 기반이 될 수 있을 것 같다. 나아가서 인간의 골관절 질환의 진단과 치료와 움직임을 거시적으로 이해하고 인간의 질병을 복잡계로 분석하는 방법으로서 알고리즘을 만드는 방법을 제시하였기 때문에 복잡계 과학 및 의학 연구자들이 자신들의 연구 알고리즘을 만드는 데 큰 도움이 되는 책자임에 분명하다.

○책속에서

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

정량화된 또는 정량화되지 않은 패턴이 과학적 발전을 위한 기본 요소라는 것은 지나친 말이 아닐 날이 멀지 않다. 유전자와 밈(meme)에 비유하지만 둘 중 하나보다 크다. 왜냐하면 이 둘 모두가 일반적인 패턴이며 특별한 경우이기 때문이다. 뉴턴의 고리에서 로잘린드 프랭클린의 회절 패턴까지, 관찰된 패턴의 중요성에 대한 고찰이 과학적인 진보의 원동력이 되어왔다. 인식과 추측이라는 두 구성 요소는 불가피하게 엄격하지 않아서 의학과 관련이 없는 결론으로 이어진다. 엄격하지 않은 것(non-rigorous)을 배제하고 정량화될 수 있는 패턴에 대한 인식을 제한하는 모든 학문은 과학 발전과정에서 가장 강력하고 비옥한 부분을 폐기하는 것이다


P 142~143

‘미사용 호 이론’에 대한 조사는 다른 영장류를 필요한 기준선으로 사용할 수 있어 용이해졌지만 첫 번째 단서는 집에 더 가까이 있을 가능성이 있다. 잠에서 깨어나는 개는 등뼈를 확장하고 팔다리를 뻗어 새로운 날을 시작한다. 그런데 잠에서 깨어나는 아이도 똑같이 한다. 왜냐고? 아마 옛적부터 내려오는 이유가 있을 것이다. 루빈과 라뇰(Rubin and Lanyon)의 말대로 아마도 이화작용(catabolism)이 주로 일어나는, 하중이 가해지지 않는 밤(수면)에 변형 센서(strain transducer)를 촉발하고 개조 단계(remodelling cascade)를 시작하는 것 아닐까? 그러나 네 발 달린 개는 정상적인 보행을 위해 낮 동안 척추 운동 범위를 사용한다. 그렇지 않은 이족 보행의 경우 배시(Bassey)가 도달한 결론에 맞지 않는다. 아침에 몇 분 동안 ‘전체 범위 운동(full range exercise)’을 하는 것은 아침에 치아를 양치질하는 것만큼이나 자연스러운 일이 되어야 한다.


P 162

이 결론은 검증할 수 있다. 골극이 하중 부족으로 인한 경우라면, 정기적으로 척추와 장골을 높은 수준의 긴장 상태로 노출시키는 나무에서 사는 동물들에게는 희귀하다. 자유생활 유인원, 등산, 매달리기, 흔들리기, 팔찌질기, 걷기는 척추와 장골 모두에서 큰 이동 범위를 상당히 활용하고 있으며, 척추의 장력 요소에 대한 하중 수준은 알려지지 않았지만 상당해야 한다. 그림 7.1은 두 마리 오랑우탄의 매달린 모습을 보여주는데, 하나는 거꾸로 매달리어 있는바 수목 생활에서 영장류의 척추가 요구하는 극한 유연성을 보여준다.


P 184

인류의 정상적인 휴식 자세는 그림 11.5의 휴식 침팬지에 표시된 지상 앉기 위치의 일부 변형이다. 이것은 의자에 앉는 자세가 아니다. 1853년 페리 제독이 연회를 즐길 때, 일본의 정상적인 휴식 자세는 무릎을 꿇거나 다른 지상 앉기의 변형이었다. 무릎과 엉덩이의 최대 굴곡 없이 무릎을 꿇거나 쪼그리고 앉을 수는 없지만 의자 앉는 데는 어느 것도 필요하지 않다. 그것은 물리적인 이탈 현상이며, 인간 설계 한계로부터 큰 벗어남이며, 몇 가지 악영향을 미쳤다는 것은 놀라운 일이 아니다.


P 201~202

천식이 기본적으로 어린 시절의 유산소 운동이 불충분하기 때문에 사용하지 않는 수축이라는 가설은 전통적인 이론과의 갑작스런 단절을 만들지만 그 증거를 뒷받침하는 무게는 인상적이다. 천식의 원인으로서 외부 자극 이론의 실패, 비만과의 연관성, 현저한 지역적 변화, 증가하는 발생률에 대한 간단한 설명, 갑작스런 발병 및 가역성, 운동 효과들이 함께 만성적으로 과소 사용에 대한 강력한 사례를 제공한다. 가설은 전통적인 환경에 대한 행동 원인을 효과적으로 대체하고 알레르기성 천식을 특별한 경우로 격하시키고 천식이 예방 가능한 질병이라는 암시한다.


P 202

왜 하품을 하는가? 앞 장(chapter)의 골다공증에 대한 논의에서 골밀도의 유지는 변형 트랜스듀서(strain transducers)의 유발을 일으키는 충분한 자극 수준에 달려 있고, 팔다리와 척추를 펴는 깨어있는 개도 아마도 그렇게 했을 것이라고 지적했다. 하지만 깨어있는 개도 하품을 한다. 아마도 공기 통로를 최대의 들숨으로 늘리는 것은 또 다른 조상 때부터 내려오는 명령이다. 그것은 움직임 범위가 팔다리뿐만 아니라 폐에서도 사용되어야 하며, 덜 사용하는 경우 피해를 받을 것이라는 전언이다.


P 246

사용하지 않은 호 가설은 이제 다음과 같은 결과를 획득하였다. 1차 패턴은 연골 세포의 번식 증가 및 정상적인 유지 보수에 필요한 것보다 많은 대사 결과물의 증가 : 호를 과소사용하면 대사 과다를 설명할 수 있는 그럴듯한 발병기전 : 인간과 영장류의 연구에서 나온 행동 패턴과 맞추어보기. 세 가지 구성 요소의 완성은 가설이 이제 합법적으로 이론으로 승격될 수 있음을 의미한다.


P 283

두 연구 모델의 이질적인 역할은 고슬링의 현자 나스루딘의 이야기를 다시 떠올리게 한다. 잃어버린 열쇠를 찾는 현자가 가로등 아래에서 그것을 찾는 것이 관찰되었다. 그가 거기에 떨어뜨렸기 때문이 아니라 빛이 검색에 더 좋았기 때문이다. 우리는 빛이 어디에서 좋은 것인지 보고 있었지만, 어려운 과학은 그늘 속에 있다.

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