Kosmisista säteistä kardiologiaan – Fysiikan maailma

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world.jpg" data-caption="Monitieteinen menestyjä 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”>

Astrofysiikasta tuli datatieteilijä Azadeh Keivani on ollut epätavallinen uramatka. Varhaisesta kiinnostuksesta tähtitiedettä kohtaan Iranin lukioopiskelijana hän muutti Yhdysvaltoihin suorittaakseen tohtorintutkinnon ja postdocin kosmisista säteistä ja hiukkasten astrofysiikasta. Nyt hän kehittää koneoppimistekniikoita terveydenhuollossa, koulutuksessa ja liike-elämässä. Keivani on myös intohimoinen jakaa matkansa nykyisten opiskelijoiden kanssa.

Nykyään hän työskentelee osoitteessa New York-Presbyterian Hospital, kehittää tekoälymalleja kardiologiaan. Vuonna 2023 Keivani sai American Physical Societyn (APS) Teollisen ja sovelletun fysiikan foorumi (FIAP) uraluentopalkinto. Hän puhuu avarakatseisuuden tärkeydestä, tieteidenvälisen yhteistyön arvosta, osallistumisestaan ​​koulutushankkeisiin ja päättämisestä, pysyäkö yliopistossa.

Mikä sai alkuun kiinnostuksesi tieteessä ja erityisesti fysiikassa?

Kun olin yläasteella, osallistuin ensimmäistä kertaa tähtien katselutapahtumaan, ja se oli minusta niin kiehtovaa. Ei vain katsoa itse taivaalle, vaan myös viileiden ihmisten ympäröimä oli inspiroivaa. Sen jälkeen kirjauduin tähtitieteen aikakauslehteen, jossa järjestettiin säännöllisiä tapahtumia, mukaan lukien tähti-iltoja ja tähtitieteen työpajoja Teheranissa, jossa kävin koulua. Luulin, että fysiikka oli lähimpänä tähtitiedettä, mitä voin harjoittaa.

Myöhemmin lukiossa innostuin kovasti itse fysiikasta, fysiikan ongelmien ratkaisemisesta sekä perus- ja jopa jatko-oppikirjojen lukemisesta. En ymmärtänyt paljoa ja matematiikka oli vaikeaa, olin vain innoissani nähdessäni, mistä kirjat puhuivat.

Meillä oli siihen aikaan Iranissa yliopiston pääsykoe kaikille maan asukkaalle, ja he lajittelivat ihmiset kiinnostuksensa ja koepisteidensä perusteella. Päädyin haluamaani aineeseen ja yliopistoon, joka oli fysiikka Sharifin teknillinen yliopisto Teheranissa.

Mikä sai sinut suorittamaan tohtorin tutkinnon astrofysiikassa? Ja millaista oli olla osa suurta yhteistyötä?

Kun olin Sharifin yliopistossa, aloin työskennellä kosmisen säteen fysiikan ryhmän kanssa ja päätin jatkaa tällä alalla ylioppilaskoulussa. Vuonna 2007, kun olin kolmannen vuoden perustutkinto, osallistuin Kansainvälinen kosmisten säteiden konferenssi (ICRC) Meksikossa. Se oli hieno kokemus, koska opin tuntemaan monia ihmisiä Yhdysvaltojen eri yliopistoista, mukaan lukien ryhmän Louisianan osavaltion yliopisto (LSU), johon liityin vuotta myöhemmin tohtoriksi. Työskentelin galaktisten magneettikenttien vaikutuksista ultrasuurienergisten kosmisten säteiden taipumiseen. Neuvonantajani oli James Matthews, yksi pioneereista Pierre Augerin kosmisen säteen observatorio. Hän on aina ollut minulle loistava mentori ja olen niin iloinen, että olemme edelleen yhteydessä.

Yhteistyössä on hyvät ja huonot puolensa. Esimerkiksi useimmissa yhteistyöprojekteissa kirjoittajaluettelot kirjoitetaan aakkosjärjestyksessä, joten vaikka olisit pääasiallinen kirjoittaja, et ole ensimmäinen kirjoittaja paperilla. Tämä tarkoittaa yleensä huonompaa näkyvyyttä nuoremmille fyysikoille. Mutta samalla rakennat erittäin laajan verkoston, kun käyt säännöllisesti yhteistyökokouksissa. Tämän ansiosta minun oli suhteellisen helppo löytää postdoc-paikka. Minut palkattiin Miguel Mostafa ja Doug Cowen Postdoc Pennsylvania State Universityssä, johon liityin vuonna 2014. He yhdessä Derek Foxin kanssa tekivät minusta Penn Statessa todella hedelmällistä. ajattelen  heidät ikuisiksi mentoreinani, joilla oli suuri vaikutus uraani.

Siellä minusta tuli osa IceCube Neutrino Observatorio ja projekti nimeltä Astrophysical Multi-Messenger Observatory Network (AMON). Tämä oli projekti kyberinfrastruktuurin rakentamiseksi, joka yhdistää kaikki korkean energian astrofysikaaliset observatoriot yhteen verkkoon. Saimme dataa, suoritimme analyysin reaaliajassa, ja jos oli signaali, joka osoitti astrofysikaaliseen tapahtumaan tai lähteeseen taivaalla, se lähettäisi hälytyksiä muille observatorioille. Tämän järjestelmän avulla löysimme ensimmäinen todiste astrofysikaalisesta korkeaenergisesta neutriinolähteestä vuonna 2017.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-1.jpg" data-caption="Hohda kirkkaasti 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”>

Yksi parhaista asioista AMON-projektissa työskentelyssä oli omistajuuden tunne. Työskentelin tiiviisti toisen postdocin kanssa, Gordana Tešić, joka on nyt hyvä ystävä. Lisäksi kehitin useita pehmeitä taitoja sekä teknisiä taitoja, kuten koodausta, Python-pakettien ja -tietokantojen rakentamista, tilastollista analyysiä ja koneoppimisen mallintamista.

Mitkä olivat sinulle seuraavat askeleet postdocin jälkeen?

Postdocin jälkeen aloin hakemaan tiedekunnan paikkoja. Mieheni oli tuolloin New Yorkissa, ja halusin todella työpaikan siellä, joten päädyin valitsemaan tämän kolmivuotisen luennoitsijan nimeltä Frontiers of Science Fellowship Columbian yliopistossa.

Tämä tähtitieteilijän ja kouluttajan perustama ohjelma David Helfand, rekrytoi tohtorintutkinnon suorittaneita ihmisiä, joilla on eri STEM-tausta – fysiikan, biologian, kemian, neurotieteen ja maatieteiden alalta. Ajatuksena on juurruttaa uusille opiskelijoille tieteellisiä mielen tapoja eri tieteenalojen kautta, joten jokainen meistä joutui opettamaan kaikkia näitä aiheita. Opetelimme erilaisia ​​tieteellisiä taitoja, kuten artikkeleiden lukemista ja tieteen erottamista pseudotieteestä, juonien ja tilastojen trendien ymmärtämistä. Se oli erittäin haastavaa ja mielenkiintoista, koska ensimmäistä kertaa pitkään aikaan minun piti opetella fysiikan ulkopuolisia käsitteitä voidakseni opettaa niitä. Olin myös NASAn rahoittama tutkija Columbian astrofysiikan laboratorio, käyttämällä tietoja useista korkean energian astrofysiikan observatorioista moniviestintäastronomiassa; Keskityin koneoppimistekniikoiden hyödyntämiseen.

Samaan aikaan Columbian aikana  luennoitsijoista, opettamisesta tuli minulle erittäin kiinnostava ja myös koulutus yleisemmin. Aloin miettiä, kuinka voisin auttaa opiskelijoita, erityisesti heikossa asemassa olevista yhteisöistä. Koulutusjärjestelmämme ovat monella tapaa vielä melko perinteisiä. Mutta maailma muuttuu, joten opiskelijoiden on todellakin kehitettävä teknisiä, digitaalisia ja yrittäjyyden taitojaan alusta alkaen. Usein vähemmistöopiskelijoilla ja alemman tulotason opiskelijoilla ei ole käytettävissään riittävästi mahdollisuuksia tai ohjaajia auttamaan koulutuksensa ja uransa suunnittelussa. Tämä oli mielessäni varsinkin COVID-19-pandemian alkuaikoina, ja siksi perustin koulutusteknologian voittoa tavoittelemattoman järjestön vahvistamaan seuraavan sukupolven työvoimaa, ns. Digital Age Academy (DAA).

Rekrytoimme opiskelijoita 11. tai 12. luokalta (16–18-vuotiaat) tekemällä yhteistyötä New Yorkin South Bronxin lukioiden kanssa. Kehitimme työvoiman ja yrittäjyyden kehittämisohjelmia ja sovitimme opiskelijat mentoreihin. Yhdessä he määrittelivät projekteja, jotka auttoivat heidän perheitään tai yhteisöään, ja heillä oli loistavia ideoita. Vuoden 2020 lopussa valmistuimme ensimmäisestä DAA-kohortista.  Meillä on nyt useita ohjelmia läpi vuoden, ja meillä on yritys- ja koulukumppaneita.

Olet nyt siirtynyt pois akateemisesta maailmasta ja työskentelet alalla, joka on edelleen vahvasti mukana fysiikassa. Mitä tekijöitä mietit tätä uravalintaa tehdessäsi?

Siinä oli muutamia asioita, joita mietin. Yksi oli, halusinko jatkaa työskentelyä suppean multimensenger-astrofysiikan aiheen parissa vai tutkia uusia tutkimusaloja. Mietin, haluanko erikoistua hypererikoistumaan vai kehittää uusia taitoja ja saada moniulotteinen näkökulma ammattimaailmaan. Siitä tuli minulle houkuttelevampi, vaikka tiedän, että useimmat ihmiset haluavat kiivetä yritys- tai akateemisia tikkaita.

Ajattelin myös palkkaa, koska asuminen New Yorkissa on erittäin kallista. Se ei välttämättä ole tärkein asia, mutta se oli ehdottomasti tekijä. Monet tohtorintutkinta-ystävistäni, jotka ryhtyivät rahoitukseen tai datatieteeseen, ansaitsivat kolme tai neljä kertaa postdocin palkan.

Halusin myös jäädä New Yorkiin, koska se on minun kaltaiselleni maahanmuuttajalle paras kaupunki. Tunnet kuuluvasi tänne. Mutta jos haluaisin tulla professoriksi, minun pitäisi hakea kaikkialla Yhdysvalloissa. Työ- ja perhe-elämän tasapaino oli toinen näkökohta, ja minua kiinnosti oppia myös muista kulttuureista hiukkasastrofysiikan yhteisön ulkopuolella.

Vuoden 2020 lopussa päätin lähteä Columbiasta ja jatkoin vuoden ajan vain DAA:n parissa. Vuoden 2021 lopussa päätin hakea datatieteen tehtäviin, mutta tieteellisellä maulla, joten keskityin biotekniikkaan ja terveydenhuoltoon. Päädyin klo Memorial Sloan Kettering syöpäkeskus (MSK) vanhempana datatutkijana. Olin osa tiimiä nimeltä "Teknologian inkubaatio”, johon kuului erilaisia ​​suunnittelu-, tuote-, suunnittelu- ja datatieteen asiantuntijoita, jotka työskentelivät yhdessä tuodakseen uusia teknologioita syövänhoitoon. Sitten vuoden 2023 alussa aloitin nykyisen tehtäväni NewYork-Presbyterian Hospitalissa.

Millainen on tyypillinen päiväsi nyt, ja mitkä ovat tärkeimmät taidot, joita käytät työssäsi?

Tiimimme, johon kuuluu NewYork-Presbyterianin tiedemiehiä ja insinöörejä, tekee tiivistä yhteistyötä Columbia Universityn kardiologian osasto ja biolääketieteellisen informatiikan osasto. Käytän pääasiassa kaikukardiografiaa ja rakennan syväoppimismalleja sydän- ja verisuonitautien havaitsemiseksi aikaisemmissa vaiheissa. Automatisoimme kaikukardiografisten kuvien ja leikkeiden koko lukuprosessin, ja nämä mallit auttavat kardiologeja nopeasti lukemaan kaiut ja diagnosoimaan sairauksia, kuten aorttastenoosin.

Kun rakennat koneoppimis- tai tilastollisia malleja ongelmien ratkaisemiseksi, sinun on määriteltävä ongelma hyvin ja esitettävä selkeä kysymys ja hypoteesi

Käytän sekä fysiikan tietämystäni että korkeakoulussa hankkimiani teknisiä taitoja. Kun rakennat koneoppimis- tai tilastollisia malleja ongelmien ratkaisemiseksi, sinun on määriteltävä ongelma hyvin ja keksittävä selkeä kysymys ja hypoteesi, joihin fysiikan taustani auttaa. Joudun myös käyttämään tietokonetaitojani tietojen esikäsittelyyn ja analysointiin.

Kun minulla on hyvä tietojoukko, käytän peruskoulussa oppimaani matematiikkaa löytääkseni parhaan algoritmin mallin rakentamiseen. Skeptisyys on toinen asia, jonka lainasin fyysikolta – esim.  meidän on testattava malleja kliinisissä tutkimuksissa, joten on erittäin tärkeää varmistaa, että niillä on kunnolliset tulokset.

<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 kardiologiassa 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”>

Lisäksi käytämme monia fysiikan käsitteitä kardiologiassa ja terveydenhuollossa yleensä. Sinun on esimerkiksi käytettävä Doppler-efektiä, kun lähetät ja vastaanotat signaaleja sydämestä. Signaalin nopeuden ja taajuuden perusteella voit laskea veren nopeuden.

Toinen mielenkiintoinen esimerkki työskentelystäni MSK:ssa oli, kun huomasin, että entinen kollega hiukkasastrofysiikasta oli julkaissut verkossa MSK:n tutkijoista, jotka olivat käyttäneet Cherenkov-ilmiötä kuvantamistekniikassaan kasvainten havaitsemiseen. Otin häneen yhteyttä ja soitimme kaikki yhdessä. Se oli erittäin mielenkiintoista, koska hän on hiukkasastrofyysikko, ja kaksi muuta ihmistä olivat biologi ja onkologi, ja minä olin siinä välissä. Se sytytti yhteistyön MSK:n tiimimme ja MSK:n toisen tiimin välillä, koska minulla oli ideoita koneoppimismalliksi heidän tiedoilleen.

Vuonna 2023 sait American Physical Societyn (APS) palkinnon. Forum on Industrial and Applied Physics (FIAP) luennoitsija. Voisitko kertoa vähän siitä työstä?

Kun aloitin urani terveydenhuollon parissa, aloin ajatella luennoimista jatko-opiskelijoille ja postdocs -tutkijoille kertoakseni heille tarinani. Halusin puhua kokemuksistani korkeakoulujen sisällä ja ulkopuolella, jakaa hyvät ja huonot puolet, joita ajattelin lähtiessäni, ja saada ihmiset ajattelemaan omaa ainutlaatuista urapolkuaan.

Kävin neljässä yliopistossa ja pidin puheita, ja saatoin nähdä itseni niissä ihanissa opiskelijoissa, kuinka yhteisiä huolemme ja haasteemme ovat. Halusin myös auttaa kansainvälisiä opiskelijoita, jotka joutuvat miettimään viisumia matkalla kohti vakiintuneempaa asemaa Yhdysvalloissa.

Kun sain FIAP-palkinnon, olin erittäin innoissani, koska minulla on nyt enemmän mahdollisuuksia käydä eri kouluissa ja innostaa opiskelijoita ajattelemaan laatikon ulkopuolella. Osa tästä palkinnosta on luentojen pitäminen vähintään kolmessa instituutissa, mukaan lukien alipalveltu koulu. Minut on kutsuttu paikalle APS:n maaliskuun kokous, jossa vastaanotan palkintoni, ja annan myös kutsupuheen matkastani ja neuvoistani fyysikoiden uramahdollisuuksista.

Mitä neuvot opiskelijoille, jotka aloittavat tänään? Mitä sinä tiedät nyt, jonka haluaisit tietää aloittaessasi urasi?

Kun olin opiskelija, muistan, että useimmat meistä, jotka olimme tähtitieteen jatko-opiskelijoita, osallistuivat vain tähtitieteen seminaareihin. Jos haluat työskennellä yhden aiheen parissa ja tulla todella hyväksi siinä, sinun kannattaa käyttää joka ikinen minuutti keskittyäksesi kyseiseen aiheeseen. Varoitus on, että sinusta tulee niin keskittynyt, että saatat unohtaa uudet oivallukset ja näkökulmat. Uusien ideoiden keksiminen ei tapahdu yksinäisyydessä. Se tapahtuu, kun olet alttiina muiden ihmisten ajatuksille, työlle ja kokemuksille.

Ei ole mahdollista osallistua jokaiseen puheenvuoroon, mutta jos olisin taas opiskelija, menisin ehdottomasti useammille seminaareille ja tutustuisin kampuksen muihin tiedeosastoihin. Joskus puhujat pitävät yleisempiä puheita, jotka eivät välttämättä ole kovin teknisiä, joten saatat ymmärtää puolet puheesta toisesta alasta ja ymmärtää heidän lähestymistapansa. Saatat jopa mennä taideperformanssiin ja luoda uuden idean omasta työstäsi tai huomata olevasi kiinnostunut jostain rahoituksesta tai peliteollisuudesta. Pidä siis silmäsi auki ja ole avoin mieli.

Muistan, että lukion lopussa tunsin suurta painetta ja olin huolissani postdocin löytämisestä. Sinun on muistettava, että olet kehittänyt paljon taitoja ja sinulla on paljon tietoa ja kokemusta. Voit aina löytää työpaikan, etkä vain selviä, vaan myös menestyt. Sinun tarvitsee vain uskoa itseesi ja voit tehdä uskomattomia asioita. Voit olla henkilö, joka löytää jotain uutta tai luo jotain muille ihmisille. Nämä ovat siis kriittisiä, keskeisiä hetkiä elämässä. Vaikka ne ovatkin pelottavia, ne voivat saada sinut tulemaan parhaaksi versioksi itsestäsi.

Lopuksi jokaisen uralla ja elämässä yleensäkin on hetkiä, jolloin on pettynyt ja tuntuu, ettet voi menestyä. Saatat ajatella, että et löydä työtä tai et ole hyvä yhdessä asiassa. Tämä on hyvin normaalia eikä itse asiassa ole huono asia. Se tarkoittaa, että palaat arvoihisi ja voit käyttää tätä tilaisuutta löytääksesi seuraavan askeleesi. Älä usko, että se on maailmanloppu. Se on uuden luvun alku.

• Tämä artikkeli julkaistiin ensimmäisenä vuonna APS-urat, julkaisema opas Fysiikan maailma American Physical Societyn puolesta. Voit lukea koko oppaan verkossa

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/from-cosmic-rays-to-cardiology/