4. 과학실험의 요건 (실험의 객관성을 확보하려면)

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1) 머리말

실험의 객관성에 자기기만이 미치는 영향은?

벵베니스트는 박사후 연구원인 다베나스와 ‘매우 묽게 희석된 항IgE 혈청이 인간 호염구의 탈과립화를 촉진한다’는 내용의 논문을 네이처에 투고한다. 네이처의 편집위원장은 실사를 수락한다는 전제하에 논문을 게재한다. 조사단 3사람이 벵베니스트 연구실에 방문하여 실사를 하게되는데... 실험의 객관성과 타당성이 확보되려면 어떠한 조건이 만족되어야 하는가?

2) 쟁점

쟁점 1: 표본오차(Sampling Error)란 무엇입니까?

벵베니스트의 실험실에서 표본오차를 줄이기 위해 어떤 점을 고쳐야 할까요? 벵베니스트 실험실에서 앞으로 객관성이 확보된 실험을 수행할 수 있으려면 표본오차를 줄이기 위한 노력 이외에도 어떤 점을 노력해야 할까요?

▶ 해설 :

표본오차(Sampling Error)란 표본을 선택하는 과정에서 발생하는 오차이다. 표본오차로 인해 전수조사의 결과와 다른 결과를 갖게 된다. 임의 표본오차는 임의표본을 선택할 때 우연히 발생한 모집단의 모수와 표본 통계량의 편차이며 비표본오차는 표본선택과 관계가 없는 오차로 전수조사에서도 있을 수 있다. 대부분의 표본조사는 임의표본오차 외에 다른 오차의 영향을 받는다. 이러한 오차들의 편의를 가져와 신뢰에 대한 설명문이 의미가 없게 될 수 있다. 올바른 표본 조사의 테크닉은 오차의 원인을 감소시키는 기술을 포함하여, 임의표본 및 신뢰에 대한 설명문과 함께 이렇게 하는 테크닉의 한 부분이 통계의 과학전인 면이다.

( 출처 : David S. Moore 원저. 심규박,조태경, 신미영 공역(2002) 통계학-개념과 논쟁거리, 홍릉과학출판사. p.70 )

쟁점 2:

논문의 공동저자 두 사람이 동종요법회사 보수를 받는다는 사실을 밝히지 않은 것은 이 사건에서 어떤 의미를 갖는 것일까요?

▶ 해설 :

이해충돌은 최근 점점 더 중요하게 부각되고 있는 연구윤리의 핵심 주제이다. 연구과정에서 이해충돌은 객관적 연구를 수행하려는 노력이 연구에 부차적인 다른 이해관계와 충돌하면서 빚어진다. 이런 상황에서 만약 연구자가 연구가 추구하는 원래 목적을 희생하면서 개인적, 집단적 수준의 부차적인 목적을 추구한다면 연구과정의 객관성이나 연구결과의 객관성 모두 확보되기 어려울 것이다. 여기에 이해충돌 상황이 가져올 수 있는 위험성이 있다.

(출처: 이상욱, 좋은연구>연구윤리주제>이해충돌)

쟁점 3:

현재의 과학적 지식으로 근거를 설명할 수 없다면 그 연구결과는 부정되어야 할까요? 앞의 논문을 애초에 게재거부하지 않은 Nature편집진의 판단에 대한 여러분의 의견을 듣고 싶습니다.

▶ 해설 :

과학연구라면 모름지기 이러한 조건을 만족해야한다는 식의 기본 요건을 몇 가지 나열할 수는 있지만 ‘훌륭한 과학연구’란 무엇인가에 대한 답을 제시하는 것은 쉬운 일이 아니다. 과학이라는 분야 자체가 이러이러한 것을 과학으로 규정한다는 정의 아래 진행되어 왔던 것이 아니라 앞선 과학자들의 작업과 연구가 축적되면서 경험적으로 만들어진 체계이고, 연구 분야나 연구 주제, 연구 방법에 따라 달라지는 부분도 많기 때문이다. 또한 과학의 중요한 특성 가운데 하나인 “새로운 것에 대한 추구” 또는 “혁신”은 훌륭한 과학연구를 명확하게 규정하는 것 자체를 불가능하게 하기도 한다. 동료평가를 통한 검증의 가장 큰 한계로 지적되는 문제가 바로 동료평가체제가 과학 연구의 혁신을 저해한다는 점이다. 처음 투고한 학술지에 게재거부를 당한 논문이 후에 노벨상 수상의 결정적 계기가 되거나 높은 피인용지수를 자랑하는 사례가 드물지 않다는 사실이 이를 뒷받침한다. 시대를 훌쩍 앞서는 창의적이고 혁신적인 연구결과와 과학연구의 조건을 만족시키지 못하는 연구결과 사이의 구별이 늘 쉽지만은 않기 때문이다.

3) 참고자료

(1) 도서

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David S. Moore 원저. 심규박,조태경, 신미영 공역(2002) 통계학-개념과 논쟁거리, 홍릉과학출판사. p.70

Chapter2. 올바른 표본과 잘못된 표본 Chapter5. 올바른 실험, 잘못된 실험 표본 추출 방법과 실험계획의 논리, 통계적 유의성에 관한 내용이 수록되어 있다.

남궁평, 박옥희, 홍종선 공저(2001), 조사방법과 엑셀을 이용한 자료분석, 박영사

5장. 표본조사-표본조사와 표본추출법, 종류등이 수록되어 있다. p.82-100

6장. 5.실험법- 실험법의 특성, 절차, 종류, 실험설계의 유형이 제시되어 있다.p.195-205

류근관(2003), 통계학, 법문사

제4부 - 표본조사와 표본추출에서의 확률오차등에 대한 내용이 있다. p. 293-330

서울대학교 통계학과 생물정보통계연구실(2005), 마이크로어레이 자료의 통계적 분석. 자유아카데미

DNA 마이크로어레이 제작 방법, 이미지 분석 절차, 품질관리, 실험계획 등의 내용이 담겨 있다.

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실험실 생활 길잡이

조은희, 김건수, 이상욱, 이준호, 정인실. (2007) 실험실 생활 길잡이 . 라이프 사이언스

4장 바람직한 과학연구를 위하여-2. 과학실험의 기본조건 p67~74

실험과정 및 결과가 어떻게 이루어져야 하는지, 결과와 해석이 논리적으로 타당해야 하며, 연구의 정확성, 신뢰도, 타당성을 확보하기 올바른 통계처리가 필요하다는 내용이 담겨 있다.

4) 관련 사례

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연구 기록의 중요성

1669년, 영국의 저명한 물리학자 로버트 훅(Robert Hooke, 1635~1703)은 놀라운 사실을 발견했다. 태양 둘레를 도는 지구의 움직임으로 인해 별의 위치에 뚜렷한 차이가 나는 항성 시차(stellar Parallax)를 증명해 보임으로써, 코페르니쿠스의 지동설을 뒷받침할 증거를 찾아낸 것이다. 이런 목적으로 망원경을 사용한 최초의 사람 중 한 명인 훅은 용자리의 감마성을 관측하고는 감마성이 호당 30초 정도의 시차를 보인다는 사실을 곧바로 왕립학회에 보고했다. 마침내 코페르니쿠스의 이론을 실증적으로 입증할 나무랄데 없는 증거가 나타난 것이다.

경험 과학이 거둔 이 쾌거는, 프랑스의 장 피카르(Jean Picard)가 자신이 거문고자리의 알파성을 같은 방법으로 관측했지만 아무런 시차도 발견하지 못했다고 발표했을 때, 일시적이기는 했지만 타격을 입었다. 몇 년 뒤, 영국 최초의 왕실 천문학자이자 뛰어난 관측가인 존 플램스티드(John Foamsteed, 1646~1719)는 북극성이 최소한 40초의 시차를 보인다고 보고했다.

당시 저명한 과학자였던 훅과 플램스티드는 과학사에서 길잡이 같은 존재였다. 그러나 이들 또한 오늘날까지도 많은 과학자들을 위험한 소용돌이에 빠뜨리는 어떤 현상의 희생자였다. 그것은 이른바 ‘실험자 기대 효과’로서 보고자 하는 것을 보게 되는 현상을 말한다. 항성 시차가 실제로 존재하지만 모든 별들이 지구에서 굉장히 멀리 떨어져 있어서 그 시차는 호당 약 1초에 지나지 않는다. 따라서 훅과 플램스티드가 사용했던 비교적 조약한 망원경으로는 알아낼 수 없다.

* 출처 : 윌리엄 보로드, 니콜라스 웨이드, 김동광 옮김(2007), 진실을 배반한 과학자들, 미래M&B p.157-158

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새로운 발견이라 보아야 하는가? 잘못된 실험이라고 해야 하는가?

톰슨 박사는 홉킨즈박사와 카펜터박사와의 공동연구 끝에 섬유아세포에 트랜스펙션으로 전달된 어느 유전자의 발현에 의한 세포형질의 변환 현상에 대한 논문을 투고하였는데, 논문은 ‘수정 후 게재’라는 좋은 평가를 받았다. 그런데, 논문을 수정하는 중에 홉킨즈(Hopkins)교수의 박사 후 연구원이 변화된 세포형질의 발현은 그 유전자의 트랜스펙션 조제(transfection dosage)에 따라 다르게 조절된다는 것을 발견하고 세 명의 교수들에게 알렸다. 즉, 이 유전자 플라스미드를 현재보다 5배 증가하여 트랜스펙션 하였을 경우에는 보고하였던 형질이 나타나지 않았던 것이다. 이 소식을 접한 홉킨즈 교수는 논문발표를 철회하여야 한다고 하였으나, 카펜터(Carpenter) 교수는 이에 강력히 반대하였다. 그에 의하면 논문에 기술한 결과 그 자체는 충분히 재확인되었던 것이며, 그 결과와 그에 대한 해석에는 아무 문제가 없다는 것이다. 한 발짝 더 나가서 그는 박사 후 연구원의 발견은 새로운 것이며 그 결과를 이 논문에선 언급할 필요가 없으며 차라리 좀 더 연구하여 새로운 논문으로 발표하자고 하였다. 과연 이 논문은 원래대로 수정 후 출판되는 것이 옳은가?

* 출처 : Francis L. Macrina. (2006) Scientific Integrity (3rd Ed). ASM Press, Washinton, D.C. [황은성 등 (2007) 생명과학 연구자 연구윤리 교육자료 개발, 보건복지부 연구보고서에서 재인용]