Kosmilistest kiirtest kardioloogiani – füüsikamaailm

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world.jpg" data-caption="Interdistsiplinaarne saavutaja Azadeh Keivani turned her sights from astrophysics to data science in healthcare, while also founding an educational non-profit organization. (Courtesy: Ashkan Balouchi)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world.jpg”>

Astrofüüsikust sai andmeteadlane Azadeh Keivani on olnud ebatavaline karjääritee. Varasemast huvist astronoomia vastu Iraani keskkooliõpilasena kolis ta USA-sse, et omandada doktorikraadi ja järeldoktori kraadi kosmiliste kiirte ja osakeste astrofüüsika alal. Nüüd arendab ta masinõppe tehnikaid tervishoius, hariduses ja ettevõtluses. Keivani jagab kirglikult oma teekonda ka praeguste õpilastega.

Täna töötab ta aadressil New York-Presbyterian Hospitalkardioloogia AI mudelite väljatöötamine. Aastal 2023 sai Keivani American Physical Society (APS) Tööstus- ja rakendusfüüsika foorumi (FIAP) karjääriauhind. Ta räägib avatud mõtlemise olulisusest, interdistsiplinaarse koostöö väärtusest, osalemisest haridusalgatustes ja otsustamisest, kas jääda akadeemilisse ringkonda.

Mis tekitas teie esialgse huvi teaduses ja eriti füüsikas?

Kui ma käisin keskkoolis, osalesin esimest korda tähevaatlusüritusel ja see oli minu jaoks nii põnev. Mitte ainult taevasse vaatamine, vaid ka lahedate inimestega ümbritsemine oli inspireeriv. Pärast seda registreerusin astronoomiaajakirjas, mis korraldas regulaarselt üritusi, sealhulgas tähevaatlusõhtuid ja astronoomiatöötubasid Teheranis, kus ma koolis käisin. Arvasin, et füüsika on astronoomiale kõige lähemal, millega ma võiksin tegeleda.

Hiljem keskkoolis hakkas mind huvitama nii füüsika ise, füüsikaülesannete lahendamine kui ka bakalaureuse- ja isegi magistriõppe õpikute lugemine. Ma ei saanud paljust aru ja matemaatika oli raske, ma lihtsalt vaatasin põnevusega, millest raamatud räägivad.

Sel ajal oli meil Iraanis ülikooli sisseastumiseksam kõigile riigis ja nad sorteerisid inimesi nende huvide ja eksamitulemuste põhjal. Sain selle aine ja ülikooli juurde, mida tahtsin, milleks oli füüsika Sharifi Tehnikaülikool Teheranis.

Mis viis teid astrofüüsika doktorikraadini? Ja mis tunne oli olla osa suurest koostööst?

Kui ma olin Sharifi ülikoolis, alustasin tööd kosmiliste kiirte füüsika rühmaga ja otsustasin jätkata selles valdkonnas kõrgkoolis. 2007. aastal, kui olin bakalaureuseõppe kolmandal kursusel, osalesin ma Rahvusvaheline kosmiliste kiirte konverents (ICRC) Mehhikos. See oli suurepärane kogemus, sest sain tuttavaks paljude inimestega erinevatest USA ülikoolidest, sealhulgas ühe rühmaga Louisiana State University (LSU), millega liitusin aasta hiljem doktorikraadi saamiseks. Töötasin galaktikate magnetväljade mõjuga ülikõrge energiaga kosmiliste kiirte kõrvalekaldumisele. Minu nõuandja oli James matthews, üks pioneere Pierre Augeri kosmilise kiirte vaatluskeskus. Ta on mulle alati olnud suurepärane mentor ja mul on nii hea meel, et me ikka veel suhtleme.

Koostööl on oma plussid ja miinused. Näiteks enamiku koostööprojektide puhul on autorite loendid kirjutatud tähestikulises järjekorras, nii et isegi kui olete peamine kaastööline, ei ole te paberil esimene autor. Tavaliselt tähendab see nooremfüüsikutele halvemat nähtavust. Kuid samal ajal loote väga suure võrgustiku, kui käite regulaarselt koostöökoosolekutel. Tänu sellele oli mul suhteliselt lihtne järeldoktori ametikoht leida. Mind palkas Miguel Mostafa ja Doug Cowen järeldoktoriks Pennsylvania osariigi ülikoolis, millega liitusin 2014. aastal. Nad tegid koos Derek Foxiga minu aja Penn State’is tõeliselt viljakaks. ma mõtlen  neid minu igavesteks mentoriteks, kellel oli minu karjäärile suur mõju.

Seal sai minust osa IceCube Neutrino Observatoorium ja projekti nimega Astrofüüsikaline mitme sõnumiga vaatluskeskus (AMON). See oli projekt küberinfrastruktuuri ehitamiseks, mis ühendaks kõik suure energiatarbega astrofüüsikalised vaatluskeskused ühte võrku. Saime andmed, käitasime analüüsi reaalajas ja kui oleks signaal, mis viitas astrofüüsikalisele sündmusele või allikale taevas, saadaks see hoiatusi teistele vaatluskeskustele. Selle süsteemi abil avastasime esimesed tõendid astrofüüsikalise suure energiaga neutriinoallika kohta 2017. aastal.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-1.jpg" data-caption="Sära eredalt Azadeh Keivani and collaborators at AMON, IceCube, Swift, Fermi and other observatories discovered the first evidence of an astrophysical high-energy neutrino source in 2017. This artistic rendering depicts a powerful blazar, the origin of IceCube neutrino IC170922. (Courtesy: IceCube Collaboration/Google Earth: PGC/NASA US Geological Survy Data SIO,NOAA, US Navy, NGA, GEBCO Landsat/Copernicus)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-1.jpg”>

Üks parimaid asju AMON-projektiga töötamisel oli omanikutunne. Tegin tihedat koostööd teise järeldoktoriga, Gordana Tešić, kes on praegu hea sõber. Samuti arendasin mitmeid pehmeid oskusi ja tehnilisi oskusi, nagu kodeerimine, Pythoni pakettide ja andmebaaside loomine, statistiline analüüs ja masinõppe modelleerimine.

Millised olid teie jaoks järgmised sammud pärast järeldoktorit?

Pärast järeldoktorant hakkasin kandideerima teaduskonna ametikohtadele. Sel ajal oli mu abikaasa New Yorgis ja ma tahtsin väga seal tööd saada, nii et valisin selle kolmeaastase lektoriõppe nimega Teaduse piiride stipendium Columbia ülikoolis.

See programm, mille asutasid astronoom ja koolitaja David Helfand, värbab erineva STEM-taustaga doktorikraadiga inimesi – füüsika, bioloogia, keemia, neuroteaduse ja maateaduste valdkonnas. Idee on juurutada uutesse õpilastesse teaduslikke harjumusi erinevate erialade kaudu, nii et igaüks meist pidi kõiki neid teemasid õpetama. Õpetasime erinevaid teaduslikke oskusi, näiteks kuidas lugeda artikleid ja kuidas eristada teadust pseudoteadusest, kuidas mõista süžeede ja statistika trende. See oli väga väljakutseid pakkuv ja huvitav, sest esimest korda üle pika aja pidin õppima mõisteid väljaspool füüsikat, et neid õpetada. Olin ka NASA rahastatud teadlane Columbia astrofüüsika labor, kasutades andmeid mitmest suure energiatarbega astrofüüsikalisest vaatluskeskusest multimesenger astronoomias; Keskendusin masinõppe tehnikate kasutamisele.

Samal ajal minu Columbia ajal  lektoratuur, õpetamine muutus mulle väga huvitavaks ja ka haridus laiemalt. Hakkasin mõtlema, kuidas saaksin aidata õpilasi, eriti vähe teenindatud kogukondadest. Meie haridussüsteemid on paljuski veel üsna traditsioonilised. Kuid maailm muutub, nii et õpilased peavad tõesti juba varakult arendama oma tehnilisi, digitaalseid ja ettevõtlusoskusi. Sageli ei ole vähemusrahvuste üliõpilastel ja madalama sissetulekuga õpilastel piisavalt võimalusi ega mentorit, kes aitaksid oma haridust ja karjääri planeerida. See oli minu meelest eriti COVID-19 pandeemia esimestel päevadel ja seetõttu asutasin ma haridustehnoloogilist mittetulundusühingut, et tugevdada järgmise põlvkonna tööjõudu, nn. Digiajastu Akadeemia (DAA).

Värbasime õpilasi 11. või 12. klassist (vanuses 16–18), tehes koostööd New Yorgi Lõuna-Bronxi keskkoolidega. Töötasime välja mõned tööjõu ja ettevõtluse arendamise programmid ning sobitasime õpilased mentoritega. Koos määratlesid nad mõned projektid, mis aitasid nende perekondi või kogukonda, ja neil oli geniaalseid ideid. 2020. aasta lõpus lõpetasime esimese DAA kohordi.  Nüüd viime aasta jooksul läbi mitmeid programme ning meil on ettevõtte- ja koolipartnerid.

Olete nüüdseks akadeemilisest ringkonnast välja kolinud ja töötate tööstuses, mis on endiselt tugevalt seotud füüsikaga. Milliseid tegureid te selle elukutsevaliku tegemisel arvestasite?

Mõtlesin mõnele asjale. Üks oli see, kas ma tahan jätkata tööd kitsa teemaga multimesenger astrofüüsika või uurida uusi uurimisvaldkondi. Mõtlesin, kas tahan saada hüperspetsialiseerumiseks või arendada uusi oskusi ja omada professionaalset maailma mitmemõõtmelist perspektiivi. See muutus minu jaoks atraktiivsemaks, kuigi ma tean, et enamik inimesi soovib ronida ettevõtte või akadeemilisel redelil.

Mõtlesin ka palga peale, sest New Yorgis elamine on väga kallis. See ei pruugi olla kõige olulisem, kuid kindlasti oli see tegur. Paljud mu doktorikraadiga sõbrad, kes läksid rahanduse või andmeteaduse erialale, teenisid kolm või neli korda järeldoktori palka.

Tahtsin ka New Yorki jääda, sest minusuguse immigrandi jaoks on see parim linn. Tunned, et kuulud siia. Aga kui ma tahaksin saada professoriks, peaksin taotlema kõikjal USA-s. Töö- ja eraelu tasakaal oli veel üks aspekt ning mind huvitas ka teiste kultuuride tundmaõppimine väljaspool osakeste astrofüüsika kogukonda.

2020. aasta lõpus otsustasin Columbiast lahkuda ja ühe aasta töötasin ainult DAA kallal. 2021. aasta lõpus otsustasin kandideerida andmeteaduse ametikohtadele, kuid teadusliku maitsega, seega keskendusin biotehnoloogiale ja tervishoiule. Sattusin kell Memorial Sloan Ketteringi vähikeskus (MSK) vanemandmeteadlasena. Olin osa meeskonnast nimega "Tehnoloogiainkubatsioon”, kuhu kuulusid erinevad disaini-, toote-, inseneri- ja andmeteaduse eksperdid, kes töötasid koos vähiravi uute tehnoloogiate toomisel. Seejärel alustasin 2023. aasta alguses oma praegust rolli NewYork-Presbyterian Hospitalis.

Milline on teie jaoks tavaline päev praegu ja millised on peamised oskused, mida oma töös kasutate?

Meie meeskond, sealhulgas NewYork-Presbyteriani teadlased ja insenerid, teeb tihedat koostööd Columbia ülikooli kardioloogia osakond ja biomeditsiinilise informaatika osakond. Kasutan peamiselt ehhokardiograafilisi andmeid ja koostan süvaõppe mudeleid südame-veresoonkonna haiguste tuvastamiseks varasemates staadiumides. Automatiseerime kogu ehhokardiograafiliste piltide ja klippide lugemise protsessi ning need mudelid aitavad kardioloogidel kiiresti kajasid lugeda ja haigusi, nagu aordistenoos, diagnoosida.

Kui loote probleemide lahendamiseks masinõppe- või statistilisi mudeleid, peate probleemi hästi määratlema ning esitama selge küsimuse ja hüpoteesi.

Kasutan nii oma füüsikateadmisi kui ka akadeemilises keskkonnas omandatud tehnilisi oskusi. Kui koostate probleemide lahendamiseks masinõppe- või statistilisi mudeleid, peate probleemi hästi defineerima ning esitama selge küsimuse ja hüpoteesi, mida minu füüsikataust aitab. Samuti pean kasutama oma arvutioskusi andmete eeltöötlemiseks ja analüüsimiseks.

Kui mul on hea andmekogum, kasutan põhikoolis õpitud matemaatikat, et leida parim algoritm mudeli koostamiseks. Skeptiline olemine on veel üks asi, mille ma laenasin füüsikust – näiteks  peame katsetama mudeleid kliinilistes uuringutes, seega on väga oluline tagada, et neil on korralikud tulemused.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-2.jpg" data-caption="AI kardioloogias Azadeh Keivani now works on building deep-learning models using echocardiographic data, such as the scan imaged here, to detect cardiovascular diseases at earlier stages. (Courtesy: Shutterstock/PIJITRA PHOMKHAM)” title=”Click to open image in popup” href=”https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-2.jpg”>

Samuti kasutame kardioloogias ja tervishoius üldiselt palju füüsikakontseptsioone. Näiteks peate südamest signaalide saatmisel ja vastuvõtmisel kasutama Doppleri efekti. Signaali kiiruse ja sageduse põhjal saate arvutada vere kiiruse.

Veel üks huvitav näide sellest ajast, kui töötasin MSK-s, oli see, kui märkasin, et endine kolleeg osakeste astrofüüsikast oli postitanud veebis MSK teadlaste kohta, kes kasutasid Tšerenkovi efekti oma pildistamistehnikas kasvaja tuvastamiseks. Võtsin temaga ühendust ja me kõik koos helistasime. See oli väga huvitav, sest ta on osakeste astrofüüsik ja ülejäänud kaks inimest olid bioloog ja onkoloog ning mina olin vahepeal. See käivitas koostöö meie MSK meeskonna ja MSK teise meeskonna vahel, sest mul oli ideid nende andmete masinõppe mudeli jaoks.

2023. aastal pälviste Ameerika Füüsika Seltsi (APS) auhinna. Tööstus- ja rakendusfüüsika (FIAP) lektoritöö. Kas saaksite mulle sellest tööst natuke rääkida?

Pärast oma karjääri alustamist tervishoius hakkasin mõtlema magistrantidele ja järeldoktoritele loengute pidamisest, et rääkida neile oma lugu. Tahtsin rääkida oma kogemustest akadeemilises ringkonnas ja väljaspool, jagada plusse ja miinuseid, mida lahkudes kaalusin, ning anda inimestele võimalus mõelda oma ainulaadsele karjääriteele.

Käisin neljas ülikoolis ja pidasin kõnesid ning nägin end neis armsates tudengites täielikult, nähes, kui ühised on meie mured ja väljakutsed. Tahtsin aidata ka välistudengeid, kes peavad mõtlema viisade peale, et saada USA-s väljakujunenud staatus.

Kui ma FIAP-i auhinna sain, olin väga elevil, sest nüüd on mul rohkem võimalusi erinevates koolides käia ja inspireerida õpilasi raamidest väljapoole mõtlema. Üks osa sellest auhinnast on loengute pidamine vähemalt kolmes instituudis, sealhulgas väheteenitud koolis. Mind on kutsutud APS märtsi koosolek, kus saan kätte oma autasu ning pean ka kutsutud kõne oma teekonnast ja nõuannetest füüsikute karjäärivõimaluste kohta.

Mida soovitate täna alustavatele õpilastele? Mida teate praegu, mida oleksite karjääri alustades teadnud?

Kui ma olin üliõpilane, mäletan, et enamik meist, kes olime astronoomia magistrandid, käisid ainult astronoomia seminaridel. Kui soovite töötada ühe teemaga ja saada selles tõeliselt heaks, võiksite kasutada iga minutit sellele teemale keskendumiseks. Hoiatus on see, et olete nii keskendunud, et võite unustada uued arusaamad ja vaatenurgad. Uute ideede väljamõtlemine ei sünni üksinduses. See juhtub siis, kui puutud kokku teiste inimeste mõtete, töö ja kogemustega.

Igal kõnel pole võimalik osaleda, aga kui ma oleksin uuesti üliõpilane, käiksin kindlasti rohkem seminaridel ja uuriksin ülikoolilinnaku teisi teadusosakondi. Mõnikord peavad esinejad üldisemaid kõnesid, mis ei pruugi olla väga tehnilised, nii et võite haarata poole teisest valdkonnast kõnest ja mõistate nende lähenemist. Võite isegi minna kunstietendusele ja luua oma töö kohta uue idee või mõista, et olete huvitatud sellisest valdkonnast nagu rahandus või mängutööstus. Nii et hoidke oma silmad lahti ja olge avatud meel.

Mäletan, et kooli lõpus tundsin suurt survet ja muretsesin järeldoktori leidmise pärast. Peate meeles pidama, et olete arendanud palju oskusi ning teil on palju teadmisi ja kogemusi. Teil on alati võimalik tööd leida ja mitte ainult ellu jääda, vaid ka areneda. Peate lihtsalt endasse uskuma ja saate teha hämmastavaid asju. Sa võid olla inimene, kes avastab midagi uut või loob midagi teistele inimestele. Nii et need on kriitilised, pöördelised hetked elus. Kuigi need on hirmutavad, võivad need viia teid enda parima versioonini.

Viimaseks, igaühe karjääris ja elus üldiselt on hetki, mil tunned pettumust ja tunned, et ei saa hakkama. Võid arvata, et sa ei leia tööd või et sa ei ole ühes asjas hea. See on väga normaalne ega ole tegelikult halb. See tähendab, et vaatate uuesti üle oma väärtused ja saate seda võimalust kasutada järgmise sammu leidmiseks. Ärge arvake, et see on maailma lõpp. See on uue peatüki algus.

• See artikkel avaldati esmakordselt APS-i karjäär, juhend, mille avaldas Füüsika maailm Ameerika Füüsika Seltsi nimel. Täielikku juhendit saate lugeda Internetis

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/from-cosmic-rays-to-cardiology/