수학이 생명의 언어라면 : 수면부터 생체 리듬, 팬데믹, 신약 개발까지, 생명을 해독하는 수리생물학의 세계

수학이 생명의 언어라면 : 수면부터 생체 리듬, 팬데믹, 신약 개발까지, 생명을 해독하는 수리생물학의 세계

$18.00
Description
“미국 통계학 박사 2명 중 1명,
수학 박사 6명 중 1명, 의생명과학 연구”
수학, 21세기 과학혁명의 최전선에서 생명을 만나다!
병원으로 출근하는 수학자,
KAIST 김재경 교수가 전하는 수학의 진짜 ‘쓸모’

19세기에는 물리학에서, 20세기에는 화학에서 활약하던 수학이 21세기에 들어서는 생명과학에서 과학혁명을 선도하고 있다. 미국에서는 이미 통계학 박사 2명 중 1명, 수학 박사 6명 중 1명이 의생명과학 연구로 학위를 받고 있고, 이러한 흐름에 동참하기 위해 미국 국립과학재단에서도 최근 미국 동부, 중부, 서부, 남부 각각에 수리생물학 연구소를 설립했다. 그러나 의학과 생명과학에 수학을 접목하는 수리생물학의 가파른 성장이 무색하게도, 오늘날 수학이 생명 현상을 이해하는 데 실제로 어떻게 쓰이고 있는지를 소개하는 책은 사실상 없었으며, 수학이나 생물학을 좋아하는 학생이나 독자조차 대부분 수리생물학이 무엇인지 전혀 알지 못하는 실정이다.
수리생물학의 최전선에서 수리 모델을 이용해 생명 현상을 탐구하는 KAIST 수리과학과 교수이자 수학자인 저자는 이 책에서 생체 리듬, 신약 개발, 수면 패턴, 팬데믹 등에 관한 다양한 문제에 수학이 실제로 어떻게 활용되고 있는지를 친절하게 설명한다. 또한 수학교육을 전공한 교육자로서, 의학이나 생명과학, 수학에 관심 있는 학생들에게 이 시대가 요구하는 역량과 자질이 무엇인지, 수학의 진정한 쓸모와 아름다움이 무엇인지 자신의 경험을 통해 생생하게 보여준다.

“이 책은 수학이 생명 현상을 설명하는 데 얼마나 유용한 언어인지를 보여주는 수리생물학 입문서다. 마치 학창 시절 수학 선생님처럼, 책은 독자에게 수식 하나하나의 의미를 짚어주고, 일상의 사례를 들어주고, 해답의 의미를 친절하게 설명해 준다. 학창 시절의 골칫거리였던 미적분에서 출발해 미분방정식을 향해 단숨에 달려가더니, 그것이 자동차의 운동만이 아니라 우리의 하루 생체 리듬이 어떻게 형성되고, 수면과 각성이 어떻게 조절되는지를 이해하는 데 매우 유익한 도구임을 생생하게 보여준다.
이 책의 가장 큰 매력은 수리생물학의 다양한 응용 사례를 저자의 최신 연구 성과로 설명한다는 데 있다. 그는 자신이 연구해 온 수면 패턴과 일주기 리듬의 수학적 모델을 수리생물학의 예로 설명하면서 이를 탐구해 온 자신의 일상도 솔직하게 보여준다. 덕분에 우리는 생명 현상을 탐구하는 수학자의 삶을 엿보고, 그가 물리학자, 의사, 대학원생들과 어떻게 협업하고 있는지 독자들이 머릿속으로 상상할 수 있게 해준다. 수학이 단지 숫자를 다루는 학문이 아니라, 그 너머 ‘자연과 생명을 번역하는 아름다운 언어’라는 사실을 부디 독자들이 마지막 책장을 넘기기 전에 발견하길 희망해 본다.”
─정재승, KAIST 뇌인지과학과 · 융합인재학부 교수

저자

김재경

저자:김재경
수학자.KAIST수리과학과교수이자한국차세대과학기술한림원회원으로서수리모델을이용해생명현상의비밀을탐구한다.기초과학원(IBS)에서의생명수학그룹을이끌고있으며,생명과학의60년난제를해결하고생체시계에관한연구를바탕으로암환자가하루중언제치료받는것이가장좋은지밝혀화제가되었다.
서울대학교수학교육과를졸업한뒤미국미시간대학교에서응용수학으로박사학위를받았고,글로벌제약회사인화이자에서신약개발에참여했다.2015년에는대한수학회상산젊은수학자상을,2021년에는올해의최석정상을받았으며,젊은학자로서는이례적으로2024년국제수리생물학회의기조강연자로선정되었다.

목차

들어가며

1장미래를예측하는미적분학
의생명과학과수학의아름다운만남
10분만에이해하는미분과적분
미적분의진짜쓸모

2장컴퓨터를위한생명현상번역기,수학
아무도맞히지못한문제
수학으로번역한세포증식
수학으로번역한세포감염
인간의직관vs.컴퓨터의예측

3장우리몸속의신비로운세계,생체시계
노벨상연구에대한의구심
우리몸속의시간,일주기리듬
노벨상수상자들이밝힌생체시계의작동원리
수학이드러낸생체시계의또다른얼굴
노벨상수상자들이풀지못했던60년의난제
생체시계는세포내교통체증을어떻게해결할까?

4장병원으로출근하는수학자
생활고로시작한생애첫연구
시차에적응하지못하는이유?
1조원짜리신약을개발한수학
항암제효과가투약시간에따라달라진다면
피카소의〈황소〉가남긴아이디어

5장수학이발견한최적의수면패턴
아산에없는아산병원
많이자면덜졸릴까?
같은시간을자도덜졸린이유
시험시간의컨디션을예측하고조절하기
9개의질문으로진단하는수면질환

6장팬데믹과사회적거리두기의수학
예상치못한뜨거운관심
코로나19종식연구의시작
수학이보여준코로나19의역설적인미래
사회적거리두기는필요했던것일까?

7장100년의오류를바로잡은K-수식
생명과학에서가장유명한식
100년간쓰인식이틀렸다고?
FDA수식의오류를해결한2차방정식‘근의공식’
융합연구자의두가지자질

나가며
부록
미적분학에한걸음더가까이
복잡한것을단순하게만드는방법

그림출처

출판사 서평

“미국통계학박사2명중1명,
수학박사6명중1명,의생명과학연구”
수학,21세기과학혁명의최전선에서생명을만나다!

★KAIST뇌과학자정재승교수추천★
★서울대수학교육과권오남교수추천★
★삼성서울병원신경과주은연교수추천★

병원으로출근하는수학자,
KAIST김재경교수가전하는수학의진짜‘쓸모’

19세기에는물리학에서,20세기에는화학에서활약하던수학이21세기에들어서는생명과학에서과학혁명을선도하고있다.미국에서는이미통계학박사2명중1명,수학박사6명중1명이의생명과학연구로학위를받고있고,이러한흐름에동참하기위해미국국립과학재단에서도최근미국동부,중부,서부,남부각각에수리생물학연구소를설립했다.그러나의학과생명과학에수학을접목하는수리생물학의가파른성장이무색하게도,오늘날수학이생명현상을이해하는데실제로어떻게쓰이고있는지를소개하는책은사실상없었으며,수학이나생물학을좋아하는학생이나독자조차대부분수리생물학이무엇인지전혀알지못하는실정이다.
수리생물학의최전선에서수리모델을이용해생명현상을탐구하는KAIST수리과학과교수이자수학자인저자는이책에서생체리듬,신약개발,수면패턴,팬데믹등에관한다양한문제에수학이실제로어떻게활용되고있는지를친절하게설명한다.또한수학교육을전공한교육자로서,의학이나생명과학,수학에관심있는학생들에게이시대가요구하는역량과자질이무엇인지,수학의진정한쓸모와아름다움이무엇인지자신의경험을통해생생하게보여준다.

“이책은수학이생명현상을설명하는데얼마나유용한언어인지를보여주는수리생물학입문서다.마치학창시절수학선생님처럼,책은독자에게수식하나하나의의미를짚어주고,일상의사례를들어주고,해답의의미를친절하게설명해준다.학창시절의골칫거리였던미적분에서출발해미분방정식을향해단숨에달려가더니,그것이자동차의운동만이아니라우리의하루생체리듬이어떻게형성되고,수면과각성이어떻게조절되는지를이해하는데매우유익한도구임을생생하게보여준다.
이책의가장큰매력은수리생물학의다양한응용사례를저자의최신연구성과로설명한다는데있다.그는자신이연구해온수면패턴과일주기리듬의수학적모델을수리생물학의예로설명하면서이를탐구해온자신의일상도솔직하게보여준다.덕분에우리는생명현상을탐구하는수학자의삶을엿보고,그가물리학자,의사,대학원생들과어떻게협업하고있는지독자들이머릿속으로상상할수있게해준다.수학이단지숫자를다루는학문이아니라,그너머‘자연과생명을번역하는아름다운언어’라는사실을부디독자들이마지막책장을넘기기전에발견하길희망해본다.”
─정재승,KAIST뇌인지과학과·융합인재학부교수

같은시간을자더라도덜졸린이유?
시험시간에최상의컨디션을유지하는법?
투약시간에따라항암제효과가달라지는원인?
코로나19사망자를최소화하는사회적거리두기전략?

수면부터생체리듬,팬데믹,신약개발까지,
생명을해독하는수리생물학의세계

기호로이루어진수식이어떻게의학과생명과학의문제해결에도움을줄수있는것일까?이는수학이복잡한생명현상을컴퓨터가이해하기쉽도록묘사해주는‘언어’이기때문인데,이책에서는그중에서도‘미래를예측하는도구’로서가장널리쓰이는미적분학을중점적으로소개한다.먼저1장에서는고등학교에서배우는관점과는다른방식으로미적분학의진정한‘쓸모’에집중하며미적분학의핵심을되짚는다.2장에서는세포의증식과감염이라는실제생물학적현상을1장에서배운미적분학을통해미분방정식으로번역하는방법을자세하게소개하고,컴퓨터가어떻게미분방정식을바탕으로인간의직관을넘어서는예측을내놓는지이야기한다.
3장부터7장까지는,생명현상을미분방정식으로번역하고컴퓨터로미래를예측하는이러한방법이어떻게생체리듬,신약개발,수면패턴,팬데믹등에관한현대의생명과학의문제들을해결해왔는지를보여준다.특히,수학의쓸모를톡톡히체감할수있도록저자가직접연구한문제들중에서도독자들이충분히이해할수있으면서도우리의일상이나건강과밀접한문제들을다룬다.구체적으로3장에서는우리몸의일주기리듬을관장하는생체시계의비밀을풀어낸연구들을소개하고,이러한연구가어떻게수리생물학분야에서가장오랫동안풀리지않아‘최대난제’로불리게된온도보상메커니즘을설명했는지를이야기한다.4장에서는글로벌제약회사인화이자(Pfizer)와공동으로신약을개발한사례,서울대학교병원고영일교수와함께항암제의투약시간에따라여성환자의사망률이12배이상차이가난다는것을밝힌연구를바탕으로,수리생물학이어떻게신약개발과암치료에기여하는지를소개한다.

“이책은수학이단순히학문적이론에그치지않고생명과학의복잡한문제를해결하는필수적인도구로서어떻게작용하는지를명확히보여준다.저자는미적분학이신약개발,생체리듬분석,전염병예측등다양한분야에서실제로어떻게활용되는지를구체적인사례를통해설득력있게설명한다.국내에서아직낯선‘수리생물학’이라는분야를다루며,독자들이수학의진정한힘과가치를재발견하여자연스럽게수학을좋아하는,진정한‘수호자(數好者)’가되도록돕는다.수학이우리의삶과밀접하게연결된도구임을깨닫게하며,새로운통찰을제공한다.이책은수학이우리의미래를예측하고,생명을구하는데어떻게기여하는지를알게해주는귀중한안내서다.”
─권오남,서울대학교수학교육과교수

5장에서는교대근무자들의주간졸림증에관한연구에서수학이어떻게같은시간을자더라도덜졸린이유와특정시간대에높은각성도를유지하는방법을밝혀냈는지를설명하고,이러한발견이어떻게몇개의질문만으로수면질환을진단하는인공지능알고리즘의개발로이어졌는지를이야기한다.6장에서는감염과면역에관한수리모델을바탕으로사회적거리두기를언제강화하거나해제하는것이중증환자및사망자를최소화하는전략인지를밝히며새로운팬데믹에대비한다.마지막으로7장에서는약물들의효과를예측하기위해100여년간권고되고사용된미카엘리스-멘텐식이지닌엄청난오류를중학교수준의수학으로수리생물학이바로잡은사례를소개하며수리생물학의범용성을강조한다.

“『수학이생명의언어라면』은김재경교수의지난10여년간의수리생물학을향한애정,열정,그리고도전정신을담고있다.특히,수리생물학을의생명학에접목해발전시킨독보적인성과를장별로,연도별로일목요연하게보여준다.이책이의생명학이나수학에관심있는학생들에게새롭고멋진진로를제시하는훌륭한길잡이가되리라고확신한다.”
─주은연,삼성서울병원신경과수면클리닉교수