[논문 리뷰] Interdisciplinary Relationships Between Biological and Physical Sciences

Paulo E. P. Burke, Luciano da Fontoura Costa|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 08.

Bioinformatics and Genomic Networks참고 문헌 37인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 생물학적 과학과 물리학적 과학 간의 다학제적 관계를 맵핑하기 위해 위키백과 데이터와 문헌 리뷰를 활용한 복잡한 네트워크 기반 방법론을 제안한다. 다학제적 분야와 생물학적 과학 간의 상호 연결성이 물리학적 과학보다 더 강하다는 것이 드러났으며, 위키백과 기반 네트워크와 문헌 기반 초그래프 간에 높은 일치도를 보였지만, 위키백과에서는 더 복잡하고 상호 연결된 관계를 드러냈다.

ABSTRACT

Several interdisciplinary areas have appeared at the interface between biological and physical sciences. In this work, we suggest a complex network-based methodology for analyzing the interrelationships between some of these interdisciplinary areas, including Bioinformatics, Computational Biology, Biochemistry, among others. This approach has been applied over respective data derived from Wikipedia. Related reviews from the scientific literature are also considered as a reference, yielding a respective bipartite hypergraph which can be used to gain insights about the interrelationships underlying the considered interdisciplinary areas. Several interesting results are obtained, including greater interconnection between the considered interdisciplinary areas with biological than with physical sciences. A good agreement was also found between the network obtained from Wikipedia and the interrelationships revealed by the literature reviews. At the same time, the former network was found to exhibit more intricate relationships than in the hypergraph derived from the literature review.

연구 동기 및 목표

• 생물학적 과학과 물리학적 과학이 겹치는 분야에서 다학제적 과학 분야 간 상호관계를 정량화하는 데이터 기반 방법론을 개발하기.
• 위키백과에서 유도된 지식 네트워크와 전통적 과학 문헌 리뷰에서 유도된 네트워크를 비교하기.
• 바이오인포매틱스, 계산 생물학, 생화학과 같은 다학제적 분야의 구조적 복잡성과 연결 패턴을 평가하기.
• 다학제적 지식 네트워크에서 생물학적 과학과 물리학적 과학 간의 핵심 허브와 다리를 식별하기.
• 위키백과가 과학적 다학제성을 대체로 어떻게 활용할 수 있는지 평가하고, 이를 정제된 문헌 리뷰와 대비하기.

제안 방법

• 생물학, 물리학, 다학제적 과학 분야로 분류된 위키백과 기사들에서 인용 네트워크를 구축하기.
• 과학 분야 간 기사 수의 불균형을 보정하기 위해 데이터 샘플링을 활용한 정규화 기법 적용하기.
• 공통된 참고문헌과 기사 간 연결성을 기반으로 과학 분야 간 상호 연결성을 집계하여 고수준 지식 네트워크 생성하기.
• 문헌 리뷰에서 유도된 이분할 초그래프를 생성하여 다학제적 분야를 노드로, 그에 포함된 생물학적 및 물리학적 과학 분야와 연결하기.
• 위키백과 기반 네트워크와 문헌 리뷰 기반 초그래프를 비교하여 구조적 일致성과 복잡성 평가하기.
• 복잡한 네트워크 분석을 활용해 결과 지식 그래프의 연결성, 중심성, 다학제성 패턴을 정량화하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 바이오인포매틱스와 생화학과 같은 다학제적 과학 분야가 생물학적 과학과 물리학적 과학과 어떻게 상호 연결되어 있는가?
• RQ2 위키백과 기반 지식 네트워크가 전통적 과학 문헌 리뷰에서 확인된 상호관계를 어느 정도 반영하고 있는가?
• RQ3 다학제적 분야가 생물학적 과학과 물리학적 과학 중 어느 쪽과 더 강하게 연결되어 있으며, 이러한 패턴은 무엇으로 설명될 수 있는가?
• RQ4 위키백과 기반 네트워크의 구조적 복잡성은 문헌 리뷰 기반 초그래프와 비교해 어떻게 다른가?
• RQ5 왜 바이오테크놀로지는 위키백과 네트워크에서는 매우 잘 연결되어 있지만, 문헌 리뷰에서는 다소 부족하게 다뤄졌는가?

주요 결과

• 위키백과 기반 네트워크는 전통적 문헌 리뷰 기반 초그래프에 비해 다학제적 분야 간의 상호 연결성이 뚜렷이 더 높은 것으로 나타나, 더 복잡하고 통합된 관계를 반영하고 있음을 시사한다.
• 다학제적 분야가 생물학적 과학보다는 물리학적 과학과의 연결성이 더 약한 경향을 보이며, 이러한 분야들이 생물학 중심으로 발전해온 경향을 시사한다.
• 생화학은 네트워크 내에서 중심 허브로 나타나 중심성 수준이 높고, 생물학적 과학과 물리학적 과학 분야 양쪽과 강한 연결성을 보인다.
• 화학은 생물학적 과학과 물리학적 과학 간의 핵심 다리를 담당하며, 다학제적 분야의 통합을 촉진한다.
• 바이오테크놀로지는 위키백과 네트워크에서 매우 높은 연결성을 보였지만, 선택된 문헌 리뷰들 중 어느 하나에서도 상당한 비중을 차지하지 못해, 전통적 리뷰의 커버리지에 빈도가 있다는 것을 시사한다.
• 위키백과 네트워크와 문헌 기반 초그래프 간에 강한 일치도가 관찰되었으며, 유일한 예외는 바이오테크놀로지였다. 이는 위키백과가 간과된 다학제적 관계를 드러내는 데 잠재력을 지닌다는 점을 강조한다.