Des rayons cosmiques à la cardiologie – Physics World

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

Astrophysicien devenu data scientist Azadeh Keivani a eu un parcours professionnel inhabituel. Après s'être intéressée très tôt à l'astronomie lorsqu'elle était lycéenne en Iran, elle a déménagé aux États-Unis pour compléter un doctorat et un postdoctorat en rayons cosmiques et en astrophysique des particules, et développe désormais des techniques d'apprentissage automatique dans les domaines de la santé, de l'éducation et des affaires. Keivani est également passionnée par le partage de son parcours avec les étudiants actuels.

Aujourd'hui, elle travaille à Hôpital New York-Presbytérien, développant des modèles d’IA pour la cardiologie. En 2023, Keivani a reçu l'American Physical Society (APS) Prix ​​de bourse de carrière du Forum sur la physique industrielle et appliquée (FIAP). Elle parle de l'importance d'être ouvert d'esprit, de la valeur des collaborations interdisciplinaires, de son implication dans des initiatives éducatives et de la décision de rester ou non dans le milieu universitaire.

Qu'est-ce qui a suscité votre intérêt initial en sciences, et en physique en particulier ?

Quand j'étais au collège, j'ai assisté pour la première fois à un événement d'observation des étoiles, et cela me fascinait tellement. Non seulement regarder le ciel lui-même, mais aussi être entouré de gens sympas était une source d'inspiration. Après cela, je me suis inscrit à un magazine d'astronomie qui organisait régulièrement des événements, notamment des soirées d'observation des étoiles et des ateliers d'astronomie à Téhéran, où j'étais à l'école. Je pensais que la physique était la chose la plus proche de l’astronomie que je pouvais poursuivre.

Plus tard, au lycée, je me suis beaucoup intéressé à la physique elle-même, à la résolution de problèmes de physique, ainsi qu'à la lecture de manuels de premier cycle et même de troisième cycle. Je ne comprenais pas grand-chose et les mathématiques étaient difficiles, j'étais juste impatient de voir de quoi parlaient les livres.

À l’époque, en Iran, nous avions un examen d’entrée à l’université pour tout le monde dans le pays, et ils triaient les gens en fonction de leurs intérêts et de leurs résultats à l’examen. Je me suis retrouvé avec le sujet et l'université que je voulais, à savoir la physique à Université de technologie Sharif à Téhéran.

Qu’est-ce qui vous a amené à faire un doctorat en astrophysique ? Et comment était-ce de faire partie d’une grande collaboration ?

Lorsque j'étais à l'Université Sharif, j'ai commencé à travailler avec un groupe de physique des rayons cosmiques et j'ai décidé de continuer dans ce domaine à mes études supérieures. En 2007, alors que j'étais en troisième année de premier cycle, j'ai suivi le Conférence internationale sur les rayons cosmiques (CICR) au Mexique. Ce fut une expérience formidable car j'ai fait la connaissance de beaucoup de gens de différentes universités américaines, y compris un groupe de Louisiana State University (LSU), que j'ai rejoint un an plus tard pour mon doctorat. J'ai travaillé sur les effets des champs magnétiques galactiques sur les déviations des rayons cosmiques de très haute énergie. Mon conseiller était James Matthews, l'un des pionniers du Observatoire des Rayons Cosmiques Pierre Auger. Il a toujours été un excellent mentor pour moi et je suis tellement heureux que nous soyons toujours en contact.

Travailler en collaboration a ses avantages et ses inconvénients. Par exemple, dans la plupart des collaborations, les listes d'auteurs sont rédigées par ordre alphabétique, donc même si vous êtes le principal contributeur, vous ne serez pas le premier auteur de l'article. Cela signifie généralement une visibilité moindre pour les physiciens débutants. Mais en même temps, vous construisez un très vaste réseau en participant régulièrement à des réunions de collaboration. Cela m'a permis de trouver relativement facilement un poste de postdoctorat. J'ai été embauché par Miguel Mostafa ainsi que le Doug Cowen pour un postdoc à la Pennsylvania State University, que j'ai rejoint en 2014. Avec Derek Fox, ils ont rendu mon séjour à Penn State vraiment fructueux. je pense à  comme mes mentors pour toujours, qui ont eu un grand impact sur ma carrière.

Là, je suis devenu membre du Observatoire de neutrinos IceCube et un projet appelé le Réseau d'observatoires astrophysiques multi-messagers (AMON). Il s’agissait d’un projet visant à construire une cyber-infrastructure reliant tous les observatoires astrophysiques des hautes énergies en un seul réseau. Nous obtenions des données, effectuions des analyses en temps réel et s'il y avait un signal pointant vers un événement ou une source astrophysique dans le ciel, il enverrait des alertes à d'autres observatoires. Avec ce système, nous avons découvert le première preuve d'une source astrophysique de neutrinos de haute énergie en 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="Briller 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”>

L'un des meilleurs aspects du travail sur le projet AMON était le sentiment d'appartenance. J'ai travaillé en étroite collaboration avec un autre postdoc, Gordana Tešić, qui est un bon ami maintenant. J'ai également développé plusieurs compétences générales ainsi que des compétences techniques telles que le codage, la construction de packages et de bases de données Python, l'analyse statistique et la modélisation du machine learning.

Quelles ont été les prochaines étapes pour vous, après votre postdoc ?

Après mon postdoc, j'ai commencé à postuler pour des postes de professeur. À l'époque, mon mari était à New York et je voulais vraiment y travailler, alors j'ai fini par choisir ce poste de chargé de cours de trois ans appelé le Bourse Frontières de la Science à l'Université de Columbia.

Ce programme, fondé par l'astronome et éducateur David Helfand, recrute des titulaires de doctorat issus de différents horizons STEM – dans les domaines de la physique, de la biologie, de la chimie, des neurosciences et des sciences de la terre. L’idée est d’inculquer aux nouveaux étudiants des habitudes d’esprit scientifiques à travers différentes disciplines. Chacun d’entre nous devait donc enseigner tous ces sujets. Nous enseignions différentes compétences scientifiques, telles que comment lire des articles et comment distinguer la science de la pseudoscience, comment comprendre les tendances des graphiques et des statistiques. C’était très stimulant et intéressant car, pour la première fois depuis longtemps, j’ai dû apprendre des concepts en dehors de la physique pour pouvoir les enseigner. J'étais également chercheur financé par la NASA au Laboratoire d'astrophysique de Columbia, en utilisant les données de plusieurs observatoires d'astrophysique des hautes énergies en astronomie multi-messagers ; Je me suis concentré sur l'exploitation des techniques d'apprentissage automatique.

Au même moment, pendant mon Columbia  le cours, l'enseignement sont devenus très intéressants pour moi, et aussi l'éducation plus généralement. J'ai commencé à réfléchir à la façon dont je pourrais aider les étudiants, en particulier ceux issus des communautés mal desservies. À bien des égards, nos systèmes éducatifs sont encore assez traditionnels. Mais le monde change, les étudiants doivent donc développer très tôt leurs compétences techniques, numériques et entrepreneuriales. Souvent, les étudiants issus de minorités et ceux issus de milieux défavorisés ne disposent pas de suffisamment d’opportunités ou de mentors pour les aider à planifier leurs études et leur carrière. Cela me préoccupait surtout au début de la pandémie de COVID-19, et j'ai donc cofondé une organisation à but non lucratif de technologie éducative pour responsabiliser la prochaine génération de main-d'œuvre, appelée Académie de l’ère numérique (DAA).

Nous avons recruté des élèves de 11e ou 12e années (âgés de 16 à 18 ans) en partenariat avec des lycées du sud du Bronx à New York. Nous avons développé des programmes de développement de la main-d’œuvre et de l’entrepreneuriat, et nous avons mis en relation des étudiants avec des mentors. Ensemble, ils ont défini des projets qui ont aidé leurs familles ou leur communauté et ont eu des idées brillantes. Fin 2020, nous avons diplômé la première cohorte DAA.  Nous organisons désormais un certain nombre de programmes tout au long de l'année et avons des partenaires corporatifs et scolaires.

Vous avez maintenant quitté le monde universitaire et occupez un poste industriel toujours fortement impliqué dans la physique. Quels ont été les facteurs que vous avez pris en compte en faisant ce choix de carrière ?

Il y a quelques choses auxquelles j'ai pensé. La première était de savoir si je voulais continuer à travailler sur le sujet restreint de l’astrophysique multi-messagers ou explorer de nouveaux domaines de recherche. Je me demandais si je souhaitais devenir hyper-spécialisée, ou développer de nouvelles compétences et avoir une perspective multidimensionnelle sur le monde professionnel. C’est devenu plus attrayant pour moi, même si je sais que la plupart des gens souhaitent gravir les échelons de l’entreprise ou du monde universitaire.

Je pensais aussi au salaire car vivre à New York coûte très cher. Ce n’est pas nécessairement la chose la plus importante, mais c’est certainement un facteur. Beaucoup de mes amis titulaires d'un doctorat et qui se sont tournés vers la finance ou la science des données gagnaient trois ou quatre fois le salaire d'un postdoctorant.

Je voulais aussi rester à New York, car pour un immigré comme moi, c'est la meilleure ville. Vous sentez que vous avez votre place ici. Mais si je voulais devenir professeur, je devrais postuler partout aux États-Unis. L’équilibre travail-vie personnelle était un autre aspect, et j’étais également intrigué par la découverte d’autres cultures en dehors de la communauté de l’astrophysique des particules.

Fin 2020, j'ai décidé de quitter Columbia et pendant un an j'ai continué à travailler uniquement sur le DAA. Fin 2021, j'ai décidé de postuler à des postes en data science, mais à saveur scientifique, je me suis donc concentré sur les biotechs et la santé. J'ai fini à Mémorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) en tant que data scientist senior. Je faisais partie d'une équipe appelée "Incubation technologique», qui comprenait différents experts en conception, produits, ingénierie et science des données, qui ont travaillé ensemble pour introduire de nouvelles technologies pour les soins contre le cancer. Puis, début 2023, j'ai commencé mon poste actuel au NewYork-Presbyterian Hospital.

À quoi ressemble une journée type pour vous actuellement et quelles sont les principales compétences que vous utilisez dans votre travail ?

Notre équipe, composée de scientifiques et d'ingénieurs du NewYork-Presbyterian, travaille en étroite collaboration avec Division de cardiologie et département d'informatique biomédicale de l'Université Columbia. J'utilise principalement des données échocardiographiques et construis des modèles d'apprentissage profond pour détecter les maladies cardiovasculaires à des stades précoces. Nous automatisons l'ensemble du processus de lecture des images et des clips échocardiographiques, et ces modèles aident les cardiologues à lire rapidement les échos et à diagnostiquer des maladies comme la sténose aortique.

Lorsque vous créez des modèles d'apprentissage automatique ou statistiques pour résoudre des problèmes, vous devez bien définir le problème et proposer une question et une hypothèse claires.

J'utilise à la fois mes connaissances en physique et les compétences techniques que j'ai acquises en milieu universitaire. Lorsque vous créez des modèles d'apprentissage automatique ou statistiques pour résoudre des problèmes, vous devez bien définir le problème et proposer une question et une hypothèse claires, ce que ma formation en physique vous aide. Je dois également utiliser mes compétences informatiques pour prétraiter et analyser les données.

Une fois que j'ai un bon ensemble de données, j'utilise les mathématiques que j'ai apprises à l'école supérieure pour trouver le meilleur algorithme autour duquel construire le modèle. Être sceptique est une autre chose que j'ai empruntée au fait d'être physicien – par exemple,  nous devons tester les modèles dans le cadre d’études cliniques, il est donc très important de s’assurer qu’ils donnent des résultats décents.

<a data-fancybox data-src="https://platoaistream.com/wp-content/uploads/2024/01/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-2.jpg" data-caption="L'IA en cardiologie 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”>

Nous utilisons également de nombreux concepts de physique en cardiologie et en soins de santé en général. Par exemple, vous devez utiliser l’effet Doppler lorsque vous envoyez et recevez des signaux du cœur. En fonction de la vitesse et de la fréquence du signal, vous pouvez calculer la vitesse du sang.

Un autre exemple intéressant, datant de l'époque où je travaillais à MSK, était celui où j'ai remarqué qu'un ancien collègue de l'astrophysique des particules avait publié en ligne des informations sur des chercheurs de MSK qui avaient utilisé l'effet Tchérenkov dans leur technique d'imagerie pour la détection de tumeurs. Je l'ai contacté et nous avons tous téléphoné ensemble. C'était très intéressant car il est astrophysicien des particules, et les deux autres personnes étaient biologiste et oncologue, et j'étais entre les deux. Cela a déclenché une collaboration entre notre équipe chez MSK et l'autre équipe chez MSK, car j'avais quelques idées pour un modèle d'apprentissage automatique pour leurs données.

En 2023, vous avez reçu l'American Physical Society (APS) Chargé de cours du Forum sur la physique industrielle et appliquée (FIAP). Pourriez-vous me parler un peu de ce travail ?

Après avoir commencé ma carrière dans le domaine de la santé, j'ai commencé à penser à donner des conférences à des étudiants diplômés et postdoctoraux pour leur raconter mon histoire. Je voulais parler de mes expériences à l'intérieur et à l'extérieur du monde universitaire, partager les avantages et les inconvénients que j'avais envisagés lorsque je quittais et permettre aux gens de réfléchir à leur propre cheminement de carrière.

Je suis allé dans quatre universités et j'ai donné des conférences, et je me voyais parfaitement dans ces adorables étudiants, voyant à quel point nos inquiétudes et nos défis sont communs. Je voulais également aider les étudiants internationaux qui doivent réfléchir aux visas pour obtenir un statut plus stable aux États-Unis.

Lorsque j'ai reçu le prix FIAP, j'étais très enthousiaste car j'ai désormais plus d'opportunités d'aller dans différentes écoles et d'inspirer les élèves à sortir des sentiers battus. Une partie de ce prix consiste à donner des conférences dans au moins trois instituts, dont une école mal desservie. J'ai été invité au Réunion de mars de l'APS, où je recevrai mon prix, et je donnerai également une conférence invitée sur mon parcours et mes conseils sur les opportunités de carrière pour les physiciens.

Quel conseil donneriez-vous aux étudiants qui débutent aujourd’hui ? Que savez-vous maintenant que vous auriez aimé savoir lorsque vous avez commencé votre carrière ?

Quand j'étais étudiant, je me souviens que la plupart d'entre nous, étudiants diplômés en astronomie, ne suivions que des séminaires d'astronomie. Si vous souhaitez travailler sur un sujet et devenir vraiment bon dans ce domaine, vous souhaiterez peut-être consacrer chaque minute à vous concentrer sur ce sujet. La mise en garde est que vous devenez tellement concentré que vous pourriez oublier de nouvelles idées et perspectives. Trouver de nouvelles idées ne se fait pas dans la solitude. Cela se produit lorsque vous êtes exposé aux pensées, au travail et à l’expérience des autres.

Il n'est pas possible d'assister à toutes les conférences, mais si j'étais à nouveau étudiant, j'irais certainement à davantage de séminaires et explorerais d'autres départements scientifiques du campus. Parfois, les intervenants donnent des exposés plus généraux qui ne sont pas forcément très techniques, vous pourrez ainsi saisir la moitié d'un exposé sur un autre domaine et comprendre leur approche. Vous pourriez même assister à une performance artistique et générer une nouvelle idée sur votre propre travail, ou réaliser que vous êtes intéressé par un domaine comme la finance ou l'industrie du jeu. Alors gardez les yeux ouverts et ayez l’esprit ouvert.

Je me souviens qu'à la fin de mes études supérieures, j'ai ressenti beaucoup de pression et j'avais peur de trouver un postdoctorant. Vous devez vous rappeler que vous avez développé de nombreuses compétences et que vous possédez beaucoup de connaissances et d’expérience. Vous pourrez toujours trouver un emploi et non seulement survivre mais prospérer. Vous avez juste besoin de croire en vous et vous pouvez faire des choses incroyables. Vous pouvez être la personne qui découvre quelque chose de nouveau ou crée quelque chose pour d’autres personnes. Ce sont donc des moments critiques et charnières de la vie. Même s’ils font peur, ils peuvent vous amener à devenir la meilleure version de vous-même.

Enfin, il y a des moments dans la carrière de chacun, et dans la vie en général, où l'on se sent déçu et où l'on a le sentiment de ne pas réussir. Vous pensez peut-être que vous ne parvenez pas à trouver un emploi ou que vous n'êtes pas doué dans un domaine. C’est tout à fait normal et ce n’est en fait pas une mauvaise chose. Cela signifie que vous revisitez vos valeurs et que vous pouvez profiter de cette opportunité pour trouver votre prochaine étape. Ne pensez pas que c'est la fin du monde. C'est le début d'un nouveau chapitre.

• Cet article a été publié pour la première fois en Carrières chez APS, un guide publié par Monde de la physique au nom de l'American Physical Society. Vous pouvez lire le guide complet en ligne

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• La source: https://physicsworld.com/a/from-cosmic-rays-to-cardiology/