Hva kompleksitetsteori kan lære oss om sykdom og organisering

Lars Prag Antonsen Om forfatteren

Kommentarer

(4)
Carl-Fredrik Bassøe
Om forfatteren

Lars Prag Antonsen sin kronikk om kompleksitetsteori er interessant for klinikere og administratorer. Teorien har et par begrensninger som ikke berøres. Kaosteori gjelder hovedsakelig for åpne systemer: en sommerfugl i Atlanterhavet kan skape storm i Stillehavet (1). Derimot foregår de fleste biologiske prosesser i isolerte kammer. De fleste molekylære prosesser i hjernen er isolert fra tilsvarende prosesser i alle andre organer. Ulike organeller i samme celle har forskjellige metabolske stier. Forutsigelser fra kaotiske prosesser er kritisk avhengig av initialbetingelsene (2). De er imidlertid ikke tilgjengelige hverken for klinikere eller administratorer. Disse begrensningene reduserer nytten til kompleksitetsteorien.

Litteratur
1. Gleick J. Chaos. London: Vintage, 1998.
2.Barnsley M. Fractals everywhere. Boston: Academic Press, 1988.

Lars Prag Antonsen
Om forfatteren

Min kronikk om hva kompleksitetsteori kan lære oss om sykdom og organisering har vakt stor interesse, og jeg takker Carl-Fredrik Bassøe for hans engasjement. Han innvender at den har begrenset verdi fordi "kaosteori primært gjelder åpne systemer, mens biologiske prosesser foregår i lukkende kammer". Jeg mener at hans kommentar bygger på to helt sentrale misforståelser: 1) kompleksitetsteori er ikke det samme som kaosteori, og 2) biologiske systemer er ikke lukkede.

For det første er jeg uenig i at organsystemer er lukkede. Selv om molekylære prosesser foregår i adskilte celler og langs ulike metabolske stier, interagerer organsystemene våre på måter vi stadig lar oss forbløffe over (1). For det andre – og dette er den viktigste misforståelsen - er det helt fundamentale forskjeller på kaosteori og kompleksitetsteori (selv om begge misvisende ofte faller innunder begrepet complexity science).

Kaosteori beskriver deterministiske systemer der usikkerhet og endringer oppstår på grunn av små endringer i initialverdier. En minimal endring i initialverdier gir store endringer i utfall. Denne effekten kalles ofte "sommerfugleffekten" og har gitt opphav til den etterhvert misforståtte idéen om at en sommerfugl som flakser med vingene et sted, gir tropisk storm et annet sted. Kompleksitetsteori – derimot - beskriver ikke-deterministiske systemer der usikkerhet oppstår på grunn av emergens, altså egenskaper det ikke er mulig å forutse selv om vi (hypotetisk) kjente initialverdiene med uendelig grad av nøyaktighet. Kaosteori beskriver altså systemer der usikkerheten skyldes praktiske vanskeligheter med å måle systemets initialverdier, mens kompleksitetsteori beskriver systemer der usikkerheten skyldes systemets iboende usikkerhet som oppstår på grunn av emergens. I dette ligger vesensforskjellen mellom kaotiske og komplekse systemer (3).

Bassøe har rett i at kunnskap om initialbetingelsene ofte er utilgjengelige for klinikere og administratorer. Men nettopp dette underbygger viktigheten av å bevege seg bort fra et reduksjonistisk tankesett - der en av forutsetningene er at vi forsøker kontrollere initialbetingelsene - og heller forsøksvis beskriver sammenhenger basert på de verktøyene kompleksitetsteori gir oss (2). Kaosteori har gitt viktig innsikt på mange områder – for eksempel viktigheten av et systems sensitivitet for initialverdier. Men kaosteori er likevel kun et verktøy for å forstå deterministiske systemer. For å forstå komplekse, ikke-deterministiske systemer – som menneskekroppen eller store organisasjoner – har innsikt fra kompleksitetsteori enormt potensiale.

Litteratur
1. Sturmberg J, Martin C. Handbook of systems and complexity in health. New York, NY: Springer-Verlag, 2013.
2. Kauffman S. Origins of order. Self-organization and selection in evolution. Oxford: Oxford University Press, 1993.

Carl-Fredrik Bassøe
Om forfatteren

Jeg takker Lars Prag Antonsens for hans kommentarer. Noen er basert på unøyaktig lesing av mitt innlegg. Jeg påstår ikke at «...kompleksitetsteori er ikke det samme som kaosteori» slik Antonsen hevder. Antonsens eksempler om kompleksitetsteori omhandler blant annet bronkialtreet, koronararterier, purkinjefibre, hjertefrekvens og EEG-signaler. Eksemplene bygger på kaosteori og fraktaler. Jeg påpekte to mangler i hans omtale av kaosteori som har negative konsekvenser for nytten av kompleksitetsteori.

Jeg har hørt om membrankanaler og hormoner og hevder selvsagt ikke at biologiske systemer er lukket slik Antonsen påstår. Poenget mitt er at mange prosesser i ulike kroppsdeler er forskjellige. For å gjøre dette helt tydelig: 1) Synsbanen har ikke noe korrelat i leveren. Hjernen konjugerer ikke bilirubin. 2) Oksidativ fosforylering foregår i mitokondriene, men ikke i lysosomer. Lysosomale enzymer dreper visse bakterier, men slikt drap foregår ikke i mitokondrier. Man kan være hjernefrisk og nyresyk, og omvendt, eller både hjerne- og nyresyk. Slik segregering har avgjørende betydning for målrettet diagnostikk og behandling. Kompeksitetsteori er så uspesifikk at den kan hindre pasienttilpasset utredning og behandling.

Dataprogrammer kan bestå av tusenvis av klasser og objekter som samhandler (1). Prosessene i én klasse er forskjellige fra de i andre klasser. Hver klasse isolerer sine prosesser fra de andre klassene. Derfor kan prosesser i én klasse skrives om uten at det påvirker andre klasser. Følger man disse prinsippene er det lett å finne programfeil (bugs) og korrigere dem. Kroppen vår er bygget etter det samme prinsipp. Derfor kan vi tilby spesifikk diagnostikk og behandling av infeksjoner og sykdommer som Alzheimers sykdom, diabetes og leukemi.

Antonsen hevder at emergens er «... egenskaper det ikke er mulig å forutse...». Ordet emergens benyttes imidlertid i mange sammenhenger og betyr ikke alltid det samme (2). Noen filosofer hevder at bevissthet er emergent, mens andre har andre oppfatninger om hva bevissthet «er» (3). Maurenes sosiale adferd kalles ofte emergent, men deres intrikate vandringer kan reduseres (!) til enkle signaler (feromoner) (2). Vi kan lett forklare maurenes tilsynelatende komplekse adferd.

Kompleksiteten til et system (mauren) bestemmes alltid i forhold til et annet system (vi) som det gitte systemet samhandler med (4). Kompleksitetsteori er et tverrfaglig begrep som kan tilbakeføres til dynamisk systemteori (4). Teorien er en interessant verktøykasse, men problemet bestemmer valg av verktøy.

Litteratur
1. Mughal KA, Hamre T, Rasmussen RW. Java actually. Singapore: Cengage, 2008.
2. Johnson S. Emergence. New York: Scribner, 2001.
3. Heil J. red. Philosophy of mind. A guide and antology. Oxford: Oxford UP, 2011.
4. Casti JL. Reality rules: I. New York: John Wiley, 1997:21-22.
5. Wolfram S. Cellular automata and complexity. Reading: Addison-Wesely, 1994, s. 494.

Joachim Sturmberg
Om forfatteren

I would like to broaden the discussion here. I don't think it is true state, as Carl-Fredrik Bassøe suggests, that one can cleanly separate the different organ systems and there function. The human body is an integrated open system. One the one hand the function in one organ system part impacts on the function (and at times structure) of all other organ systems. Some of these are rather obvious, like cardiac failure resulting in confusional states due to cerebral hypoxia, others are much more subtle and have been elucidated on mainly in the psychoneuroimmunology literature. On the other, humans are part of wider open systems, as part of our family, or community, or country and so forth. We now understand how our environment impacts on our health - through constraining the possible biological responses provided by our genetic blueprint.

Our health systems clearly a complex adaptive systems, they organise themselves around the demands of disease management (rather than the health of our patients).

Complex adaptive systems thinking provides a framework to analyse the interconnected and interdependent structure and function of health and disease, and the way we structure healthcare within the structures of our society. Only if we understand these features across all scales can we make considered changes that have taken potential system wide consequences into account.

For more details see the following:
[1] Bennett JM, Reeves G, Billman G, Sturmberg JP. Inflammation, nature’s way to efficiently respond to all types of challenges: Implications for understanding and managing “the epidemic” of chronic diseases Frontiers in Medicine. 2018(5):316.

[2] Sturmberg JP, Picard M, Aron DC, Bennett JM, Bircher J, deHaven MJ, et al. Health and Disease—Emergent States Resulting From Adaptive Social and Biological Network Interactions. Frontiers in Medicine. 2019;6:59.

[3] Sturmberg JP. Health System Redesign. How to Make Health Care Person-Centered, Equitable, and Sustainable. Cham, Switzerland: Springer; 2018.