환원주의 접근법과 생물복잡계 적용
'비선형 행동(non linear behavior)'과 '상전이(phase transition)'는 복잡계 이론에서 핵심 용어입니다. 비선형 방식으로 작용하는 시스템은 이떤 상태에서 다른 상태로 점진적으로 변하기도 하지만 갑자기 일관성 없는 방식으로 변하기도 합니다. 시스템은 어떤 상태에서 다른 상태로 바뀌는 현상으로, 이것을 상전이라고 합니다.
물리학에서 다루는 액체에서 가스로, 물에서 수증기로 갑작스럽게 변하는 식의 전이에 익숙합니다. 물이 얼 때의 전이도 마찬가지로 갑작스럽습니다. 물과 얼음 사이에는 어떤 중간 형태나 점진적 전이가 없습니다. 코디네이션에서도 물학에서 보이는 갑작스러운 전이를 볼 수 있습니다.
걷기와 달리기 사이의 전이는 코디네이션 상전이의 예 입니다. 보행 형태에서 다른 형태로 점진저긍로 변하지도 않으며 중간 형태도 없습니다. 걷기와 달리기의 차이점은 생각보다 훨씬 큽니다. 걷기에서 달리기로 전이할 때, 몸 중력중심의 위아레 움직임 위상은 갑자기 역전됩니다. 신체 시스템에서 운동에너지가 보존되는 방식도 갑작스럽게 변화합니다.
걸을 때 발을 지면에댄 이후 입각기 다리에 대하여 다리를 위쪽으로 회전시켜서 발을 지면에 댄 이후에 중력 중심이 올라갈 때도 에너지가 손실되지 않고 보존되는데 이것은 진자차럼 움직이는 유각기 다리 동작 덕분입니다. 달릴 때는, 움직임 기관 구조들이 탄성 신장하여 발이 지면에 닿아 있는 동안 탄성 에너지를 저장하여 에너지가 소실되지 않고 시스템에 유지됩니다. 걷기에서 달리기로 변하거나 그 역으로 변하는 것은 매 순간 발생하는 움직임 패턴의 급격한 변화 때문입니다.
이러한 움직임 패턴 구성의 급격한 변화는 팔에서도 볼 수 있습니다. 투포환, 권투, 장대높이뛰기에서 바를 넘기 직전 폭발적 푸시 오프(push off)또는 체조 도마에서 푸스-오프, 등에서 사용하는 밀기 움직임은 야구 투구, 테니스 서브, 배구 스매쉬 같은 던지기 움직임과는 다릅니다. 두 움직임 종류 사이에 중간 형태도 없습니다.
밀기 움직임은 어깨관절 안쪽돌림 움직임에 기반을 두어 일어납니다. 기술적으로 잘 수행된 밀기 움직임은 팔굽관절 폄과 몸통 세로축 회전이 동시에 일어나면서 끝납니다. 이때 움직임은 동심성(concentric)근육 작용으로 일어납니다.
던지기 움직임은 어깨관절이 바깥돌림되고 그 다음에 안쪽돌림되는 움직임에 기반을 두고 발생합니다. 이떄 근육-힘줄 단위는 탄성적으로 작동하며 에너지는 크기가 큰 몸통에서 손으로 전달됩니다. 큰 가슴근 같은 몇몇 근육은 밀기과 던지기에 모두 관여하지만 두 움직임 패턴의 자기조직화(self organization)는 기본적으로 다르므로 스포츠에서 좀처럼 결합하지 않습니다. 그래서 던지가와 밀기 두 종목에서 모두 뛰어난 역량을 보이는 선수는 없는것 입니다.
던지기를 위한 스트렝스 트레이닌은 밀기를 위한 스트렝스 트레이닝과 본질에서 다릅니다. 그러나 두 움직임의 기본 구성요소가 비슷하므로 결합은 가능합니다. 갑작스러운 전이가 운동선수같은 생물복잡계에서는 계속 발생합니다. 시스템 간의 상호작용처럼 전체 움직임에는 셀 수 없는 작은 하위 시스템들에서도 발생합니다. 이런 하위 시스템들의 영향은 보행의 변화를 관찰할 때 쉽게 볼 수 있습니다.
예를들어, 잔디밭에서 모래밭으로 지지면이 갑작스럽게 바뀌는 상황에서 걸을 때 볼 수 있습니다. 상전이는 생리학적 시스템 또는 코디네이션 시스템 구성의 안정성이 깨질 때 발생합니다. 어떤 안정성 상태에 있는 시스템 조직화는 다른 안정 상태로 갑작스럽게 이동합니다. 점점 더 빠르게 걸으면 움직임이 결국 불안해집니다. 아주 작은 동요가 움직임 패턴을 매우 불안정하게 만들며 움직임 패턴은 달리기로 전환됩니다. 이러한 전이는 침착하고 안정되게 일어나지 않습니다.
상전이는 생물계의 여러 수준에서, 가장 작은 하위 시스템에서 부터 유기체의 전체 패턴까지 모든 수준에서 발생합니다. 생물복잡계의 상전이와 관련이 있는 기전은 두 가지 특성을 가집니다.
- 영향을 주는 요인의 '크기' 와 그 요인이 일으키는 상전이의 크기 사이에는 관련이 없다. 작은 요인이 큰 영향을 만들 수도 있다.
- 위상(phase)은 자기조직화 특성이 있다. 중추 계획 시스템이나 중추 명령에 따라 조절되는 것이 아니다.
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