מקרניים קוסמיות ועד קרדיולוגיה - עולם הפיזיקה

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

אסטרופיזיקאי הפך למדען נתונים אזדה קייבני עבר מסע קריירה יוצא דופן. מהתעניינות מוקדמת באסטרונומיה כתלמידת תיכון באיראן, היא עברה לארה"ב כדי להשלים דוקטורט ופוסט דוקטורט בקרניים קוסמיות ואסטרופיזיקה של חלקיקים, וכעת מפתחת טכניקות למידת מכונה בתחומי הבריאות, החינוך והעסקים. קייבני גם נלהבת לחלוק את המסע שלה עם התלמידים הנוכחיים.

היום היא עובדת ב בית החולים ניו יורק-פרסביטריאן, פיתוח מודלים של AI לקרדיולוגיה. בשנת 2023 קיבל קיבני את האגודה האמריקנית לפיזיקה (APS) פרס הרצאות קריירה בפורום על פיזיקה תעשייתית ויישומית (FIAP).. היא מספרת על החשיבות של פתיחות, על הערך של שיתופי פעולה בין-תחומיים, על מעורבותה ביוזמות חינוכיות ועל ההחלטה אם להישאר באקדמיה.

מה עורר את העניין הראשוני שלך במדע, ובפיסיקה בפרט?

כשהייתי בחטיבת הביניים, השתתפתי בפעם הראשונה באירוע של צפייה בכוכבים, וזה היה כל כך מרתק בעיני. לא רק להסתכל על השמיים עצמם, אלא גם להיות מוקף באנשים מגניבים היה מעורר השראה. לאחר מכן, נרשמתי למגזין אסטרונומיה שערך אירועים קבועים, כולל לילות צפייה בכוכבים וסדנאות אסטרונומיה בטהרן, שם למדתי בבית הספר. חשבתי שפיזיקה היא הדבר הכי קרוב לאסטרונומיה שאני יכול לעסוק בו.

מאוחר יותר בתיכון התעניינתי מאוד בפיזיקה עצמה, בפתרון בעיות פיזיקה, כמו גם בקריאת ספרי לימוד לתואר ראשון ואפילו לתואר שני. לא הבנתי הרבה והמתמטיקה הייתה קשה, פשוט התרגשתי לראות על מה הספרים מדברים.

בזמנו באיראן, היה לנו מבחן כניסה לאוניברסיטאות לכל אחד במדינה, והם מיינו אנשים לפי העניין והציון שלהם בבחינה. סיימתי עם המקצוע והאוניברסיטה שרציתי, שזה פיזיקה אוניברסיטת שריף לטכנולוגיה בטהרן.

מה הוביל אותך לעשות דוקטורט באסטרופיזיקה? ואיך זה היה להיות חלק משיתוף פעולה גדול?

כשהייתי באוניברסיטת שריף, התחלתי לעבוד עם קבוצת פיזיקה של קרניים קוסמיות, והחלטתי להמשיך בתחום הזה בתיכון. בשנת 2007, כשהייתי בוגר שנה שלישית, השתתפתי ב- ועידת הקרניים הקוסמיות הבינלאומיות (ICRC) במקסיקו. זו הייתה חוויה נהדרת כי הכרתי הרבה אנשים מאוניברסיטאות שונות בארה"ב, כולל קבוצה ב אוניברסיטת לואיזיאנה (LSU), אליו הצטרפתי שנה לאחר מכן לצורך הדוקטורט שלי. עבדתי על ההשפעות של השדות המגנטיים הגלקטיים על הסטות של קרניים קוסמיות בעלות אנרגיה גבוהה במיוחד. היועץ שלי היה ג 'יימס מתיוס, אחד מחלוצי ה מצפה הכוכבים הקוסמי של פייר אוגר. הוא תמיד היה מנטור נהדר עבורי ואני כל כך שמח שאנחנו עדיין בקשר.

לעבודה בשיתוף פעולה יש יתרונות וחסרונות. לדוגמה, ברוב שיתופי הפעולה, רשימות המחברים נכתבות בסדר אלפביתי, כך שגם אם אתה התורם העיקרי, לא תהיה המחבר הראשון בעיתון. זה בדרך כלל אומר ראות נמוכה יותר עבור פיזיקאים זוטרים. אבל במקביל, אתה בונה רשת מאוד גדולה כשאתה הולך לפגישות שיתוף פעולה באופן קבוע. זה הקל עליי יחסית למצוא משרת פוסט דוקטורט. התקבלתי לעבודה על ידי מיגל מוסטפה ו דאג קאון לפוסט דוקטורט באוניברסיטת מדינת פנסילבניה, אליה הצטרפתי ב-2014. הם, יחד עם דרק פוקס, הפכו את הזמן שלי בפן סטייט למפרה באמת. אני חושב על  אותם בתור המדריכים שלי לנצח, שהייתה להם השפעה גדולה על הקריירה שלי.

שם הפכתי לחלק מה מצפה ניוטרינו IceCube ופרויקט בשם רשת מצפה מרובה-שליחים אסטרופיזיקלית (AMON). זה היה פרויקט לבניית תשתית סייבר המחברת את כל מצפה הכוכבים האסטרופיזיים בעלי אנרגיה גבוהה ברשת אחת. קיבלנו נתונים, הרצנו ניתוח בזמן אמת, ואם היה אות שהצביע על אירוע אסטרופיזי או מקור בשמיים, הוא היה שולח התראות למצפי כוכבים אחרים. עם מערכת זו, גילינו את עדות ראשונה למקור ניטרינו אסטרופיזי בעל אנרגיה גבוהה בשנת 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="זורח בהיר 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”>

אחד הדברים הטובים ביותר בעבודה על פרויקט AMON הייתה תחושת הבעלות. עבדתי בצמוד לפוסט דוקטורט אחר, גורדנה טשיץ', שהוא חבר טוב עכשיו. פיתחתי גם כמה מיומנויות רכות כמו גם מיומנויות טכניות כמו קידוד, בניית חבילות פייתון ומסדי נתונים, ניתוח סטטיסטי ומודלים של למידת מכונה.

מה היו השלבים הבאים עבורך, לאחר הפוסט דוקטורט שלך?

לאחר הפוסט דוקטורט התחלתי להגיש מועמדות למשרות סגל. באותו זמן, בעלי היה בניו יורק, ומאוד רציתי עבודה שם, אז בסופו של דבר בחרתי במסלול ההרצאות של שלוש שנים שנקרא מלגת Frontiers of Science באוניברסיטת קולומביה.

תוכנית זו, שהוקמה על ידי אסטרונום ומחנך דוד הלפנד, מגייס אנשים עם דוקטורט עם רקע STEM שונה - על פני פיזיקה, ביולוגיה, כימיה, מדעי המוח ומדעי כדור הארץ. הרעיון הוא להקנות את הרגלי הנפש המדעיים לתלמידים חדשים באמצעות דיסציפלינות שונות, כך שכל אחד מאיתנו היה צריך ללמד את כל הנושאים הללו. לימדנו מיומנויות מדעיות שונות, כמו כיצד לקרוא מאמרים וכיצד להבחין בין מדע לפסאודו-מדע, כיצד להבין מגמות בעלילות ובסטטיסטיקה. זה היה מאוד מאתגר ומעניין כי בפעם הראשונה מזה הרבה זמן הייתי צריך ללמוד מושגים מחוץ לפיזיקה, כדי להיות מסוגל ללמד אותם. הייתי גם חוקר במימון נאס"א ב- המעבדה לאסטרופיזיקה של קולומביה, תוך שימוש בנתונים מכמה מצפה כוכבים אסטרופיזיים עתירי אנרגיה באסטרונומיה מרובת שליחים; התמקדתי בניצול טכניקות למידת מכונה.

במקביל, במהלך הקולומביה שלי  ההרצאות, ההוראה הפכו אותי למעניינים מאוד, וגם החינוך באופן כללי יותר. התחלתי לחשוב איך אני יכול לעזור לסטודנטים, במיוחד מקהילות מוחלשות. במובנים רבים, מערכות החינוך שלנו עדיין מסורתיות למדי. אבל העולם משתנה, כך שהסטודנטים באמת צריכים לפתח את כישוריהם הטכניים, הדיגיטליים והיזמות כבר מההתחלה. לעתים קרובות, לסטודנטים בני מיעוטים ולאלה מרקע בעלי הכנסה נמוכה אין מספיק הזדמנויות או חונכים זמינים עבורם, כדי לסייע בתכנון החינוך והקריירה שלהם. זה היה על דעתי במיוחד במהלך הימים הראשונים של מגיפת COVID-19, ולכן ייסדתי ארגון ללא מטרות רווח בתחום הטכנולוגיה החינוכית כדי להעצים את כוח העבודה של הדור הבא, שנקרא אקדמיית העידן הדיגיטלי (DAA).

גייסנו תלמידים מכיתות י"א או י"ב (גילאי 11-12) על ידי שיתוף פעולה עם בתי ספר תיכוניים בדרום ברונקס בניו יורק. פיתחנו כמה תוכניות לפיתוח כוח אדם ויזמות, ושידכנו סטודנטים עם מנטורים. יחד, הם הגדירו כמה פרויקטים שעזרו למשפחותיהם או לקהילה שלהם, והיו להם כמה רעיונות מבריקים. בסוף 16 סיימנו את מחזור ה-DAA הראשון.  כעת אנו מפעילים מספר תוכניות במהלך השנה, ויש לנו שותפים עסקיים ובתי ספר.

עכשיו יצאת מהאקדמיה ואתה בתפקיד בתעשייה שעדיין מעורב מאוד בפיזיקה. מה היו כמה מהגורמים ששקלת בעת בחירת הקריירה הזו?

היו כמה דברים שחשבתי עליהם. האחת הייתה האם אני רוצה להמשיך לעבוד על הנושא הצר של אסטרופיזיקה מרובת שליחים, או לחקור תחומי מחקר חדשים. חשבתי אם אני רוצה להתמחות יתר, או לפתח מיומנויות חדשות ולקבל פרספקטיבה רב-ממדית על העולם המקצועי. זה הפך לי יותר מושך אותי, למרות שאני יודע שרוב האנשים רוצים לטפס בסולם הארגוני או האקדמי.

חשבתי גם על המשכורת כי החיים בניו יורק זה מאוד יקר. זה לא בהכרח הדבר החשוב ביותר, אבל זה בהחלט היה גורם. הרבה מחבריי עם דוקטורט שעברו לתחום הפיננסים או מדעי הנתונים הרוויחו פי שלושה או ארבעה ממשכורת של פוסט דוקטורט.

רציתי גם להישאר בניו יורק, כי עבור מהגר כמוני, זו העיר הכי טובה. אתה מרגיש שאתה שייך לכאן. אבל אם הייתי רוצה להיות פרופסור, אצטרך להגיש מועמדות לכל מקום בארה"ב. האיזון בין עבודה לחיים היה היבט נוסף, וסיקרן אותי גם ללמוד על תרבויות אחרות מחוץ לקהילת האסטרופיזיקה של החלקיקים.

בסוף 2020 החלטתי לעזוב את קולומביה, ובמשך שנה אחת המשכתי לעבוד רק על DAA. בסוף 2021 החלטתי להגיש מועמדות למשרות במדעי הנתונים, אבל עם ניחוח מדעי, אז התמקדתי בביוטכנולוגיה ובריאות. סיימתי ב המרכז לסרטן סלואן קטרינג (MSK) כמדען נתונים בכיר. הייתי חלק מצוות שנקרא "דגירה טכנולוגית", שכלל מומחים שונים בעיצוב, מוצר, הנדסה ומדעי נתונים, שעבדו יחד על הבאת טכנולוגיות חדשות לטיפול בסרטן. ואז, בתחילת 2023 התחלתי את תפקידי הנוכחי בבית החולים הפרסביטריאני בניו יורק.

איך נראה יום טיפוסי עבורך עכשיו, ומהן כמה מהכישורים העיקריים שבהם אתה משתמש בעבודה שלך?

הצוות שלנו, כולל מדענים ומהנדסים בניו יורק-פרסביטריאן, עובד בשיתוף פעולה הדוק עם החטיבה לקרדיולוגיה של אוניברסיטת קולומביה והמחלקה לאינפורמטיקה ביו-רפואית. אני משתמש בעיקר בנתונים אקו-קרדיוגרפיים ובונה מודלים של למידה עמוקה כדי לזהות מחלות לב וכלי דם בשלבים מוקדמים יותר. אנו עושים אוטומציה של כל התהליך של קריאת תמונות וקטעי אקו-לב, והמודלים הללו עוזרים לקרדיולוגים לקרוא במהירות את ההדים ולאבחן מחלות כמו היצרות אבי העורקים.

כאשר אתה בונה למידת מכונה או מודלים סטטיסטיים כדי לפתור בעיות, אתה צריך להגדיר את הבעיה היטב ולהמציא שאלה והשערה ברורה

אני משתמש גם בידע הפיזיקלי שלי וגם במיומנויות הטכניות שרכשתי באקדמיה. כשאתה בונה מודלים של למידת מכונה או סטטיסטיים כדי לפתור בעיות, אתה צריך להגדיר את הבעיה היטב, ולהמציא שאלה והשערה ברורה, שהרקע הפיזיקלי שלי עוזר בהן. אני גם צריך להשתמש בכישורי המחשב שלי כדי לעבד מראש ולנתח את הנתונים.

אחרי שיש לי מערך נתונים טוב, אני משתמש במתמטיקה שלמדתי בבית הספר לתואר ראשון כדי למצוא את האלגוריתם הטוב ביותר לבניית המודל סביבו. להיות סקפטי זה עוד דבר ששאלתי מהיותי פיזיקאי - למשל,  אנחנו צריכים לבדוק את המודלים במחקרים קליניים, ולכן חשוב מאוד לוודא שיש להם תוצאות הגונות.

<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 בקרדיולוגיה 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”>

כמו כן, אנו משתמשים בהרבה מושגי פיזיקה בקרדיולוגיה ובבריאות בכלל. לדוגמה, עליך להשתמש באפקט הדופלר כאשר אתה שולח ומקבל אותות מהלב. בהתבסס על המהירות והתדירות של האות, אתה יכול לחשב את מהירות הדם.

דוגמה מעניינת נוספת, מזמן שעבדתי ב-MSK, הייתה כאשר שמתי לב שעמית לשעבר מאסטרופיזיקה של חלקיקים פרסם פוסט באינטרנט על חוקרים ב-MSK שהשתמשו באפקט צ'רנקוב בטכניקת ההדמיה שלהם לזיהוי גידול. יצרתי איתו קשר וכולנו התקשרנו יחד. זה היה מאוד מעניין כי הוא אסטרופיזיקאי חלקיקים, ושני האנשים האחרים היו ביולוג ואונקולוג, ואני הייתי בין לבין. זה הצית שיתוף פעולה בין הצוות שלנו ב-MSK והצוות השני ב-MSK, כי היו לי כמה רעיונות למודל למידת מכונה עבור הנתונים שלהם.

בשנת 2023 הוענק לך האגודה האמריקנית פיזיקלית (APS) הרצאות בפורום על פיזיקה תעשייתית ויישומית (FIAP).. תוכל לספר לי קצת על העבודה הזו?

אחרי שהתחלתי את הקריירה שלי בתחום הבריאות, התחלתי לחשוב על מתן הרצאות לסטודנטים לתארים מתקדמים ופוסט דוקטורט כדי לספר להם את הסיפור שלי. רציתי לדבר על החוויות שלי בתוך האקדמיה ומחוצה לה, לשתף את היתרונות והחסרונות ששקלתי כשעזבתי, ולהעצים אנשים לחשוב על מסלול הקריירה הייחודי שלהם.

הלכתי לארבע אוניברסיטאות ונשאתי הרצאות, ויכולתי לראות את עצמי לגמרי בתוך הסטודנטים המקסימים האלה, לראות עד כמה הדאגות והאתגרים שלנו נפוצים. רציתי גם לעזור לסטודנטים בינלאומיים שצריכים לחשוב על אשרות בדרך לקראת קבלת מעמד מיושב יותר בארה"ב.

כשקיבלתי את פרס ה-FIAP, התרגשתי מאוד כי עכשיו יש לי יותר הזדמנויות ללכת לבתי ספר שונים ולעורר את התלמידים לחשוב מחוץ לקופסה. חלק מהפרס הזה הוא מתן הרצאות בשלושה מכונים לפחות, כולל בית ספר מועט. הוזמנתי ל מפגש מרץ של APS, שם אקבל את הפרס שלי, וגם אעביר הרצאה מוזמנת על המסע שלי ועל העצות שלי לגבי הזדמנויות קריירה לפיזיקאים.

מה העצה שלך לסטודנטים שמתחילים היום? מה אתה יודע עכשיו שהיית רוצה שהיית יודע כשהתחלת את הקריירה שלך?

כשהייתי סטודנט, אני זוכר שרובנו שהיינו סטודנטים לתואר שני באסטרונומיה השתתפנו רק בסמינרים לאסטרונומיה. אם אתה רוצה לעבוד על נושא אחד ולהיות ממש טוב בו, אז אולי תרצה להשתמש בכל דקה להתמקד בנושא הזה. האזהרה היא שאתה הופך כל כך ממוקד שאתה עלול לשכוח תובנות ונקודות מבט חדשות. להעלות רעיונות חדשים לא קורה בבדידות. זה קורה כשאתה חשוף למחשבות, לעבודה ולניסיון של אנשים אחרים.

לא ניתן להשתתף בכל הרצאה, אבל אם הייתי שוב סטודנט, בהחלט הייתי הולך ליותר סמינרים וחוקר מחלקות מדעים אחרות בקמפוס. לפעמים דוברים מעבירים הרצאות כלליות יותר שאינן בהכרח טכניות במיוחד, כך שתוכלו לתפוס חצי מדבר על תחום אחר ולהבין את הגישה שלהם. אתה יכול אפילו ללכת להופעה אמנותית וליצור רעיון חדש על העבודה שלך, או להבין שאתה מתעניין בתחום כמו פיננסים או תעשיית המשחקים. אז פקח עיניים ותהיה לך ראש פתוח.

אני זוכר שבסוף בית הספר התיכון הרגשתי הרבה לחץ ודאגתי למצוא פוסט דוקטורט. אתה צריך לזכור שפיתחת הרבה מיומנויות ויש לך הרבה ידע וניסיון. תמיד תוכל למצוא עבודה, ולא רק לשרוד אלא לשגשג. אתה רק צריך להאמין בעצמך ואתה יכול לעשות דברים מדהימים. אתה יכול להיות האדם שמגלה משהו חדש או יוצר משהו עבור אנשים אחרים. אז אלו הם רגעים קריטיים ומכריעים בחיים. למרות שהם מפחידים, הם יכולים להוביל אותך להפוך לגרסה הטובה ביותר של עצמך.

אחרון, יש רגעים בקריירה של כולם, ובכלל בחיים, שבהם אתה מרגיש מאוכזב ומרגיש שאתה לא יכול להצליח. אתה עלול לחשוב שאתה לא יכול למצוא עבודה או שאתה לא טוב בדבר אחד. זה מאוד נורמלי וזה ממש לא דבר רע. זה אומר שאתה בוחן מחדש את הערכים שלך, ואתה יכול להשתמש בהזדמנות הזו כדי למצוא את הצעד הבא שלך. אל תחשוב שזה סוף העולם. זה תחילתו של פרק חדש.

• מאמר זה פורסם לראשונה ב קריירה של APS, מדריך שפורסם על ידי עולם הפיזיקה מטעם האגודה האמריקנית לפיזיקה. אתה יכול לקרוא את המדריך המלא באינטרנט

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/from-cosmic-rays-to-cardiology/