Od promieni kosmicznych do kardiologii – Świat Fizyki

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

Astrofizyk, który stał się analitykiem danych Azadeha Keivaniego przeszedł niezwykłą drogę zawodową. Od najmłodszych lat interesowała się astronomią jako uczennica szkoły średniej w Iranie, przeniosła się do Stanów Zjednoczonych, aby zrobić doktorat i postdoc w zakresie promieni kosmicznych i astrofizyki cząstek, a obecnie rozwija techniki uczenia maszynowego w służbie zdrowia, edukacji i biznesie. Keivani pasjonuje się także dzieleniem się swoją podróżą z obecnymi studentami.

Dziś pracuje w godz New York-Presbyterian Hospital, opracowując modele AI dla kardiologii. W 2023 roku Keivani otrzymał nagrodę Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (APS) Nagroda za wykłady zawodowe Forum Fizyki Przemysłowej i Stosowanej (FIAP).. Opowiada o tym, jak ważna jest otwartość umysłu, wartość współpracy interdyscyplinarnej, zaangażowanie w inicjatywy edukacyjne i decyzja o pozostaniu w środowisku akademickim.

Co wzbudziło Twoje początkowe zainteresowanie w nauce, a w szczególności w fizyce?

Kiedy byłem w gimnazjum, po raz pierwszy uczestniczyłem w wydarzeniu obserwacji gwiazd i było to dla mnie niezwykle fascynujące. Inspiracją było nie tylko samo patrzenie na niebo, ale także przebywanie w otoczeniu fajnych ludzi. Następnie zapisałem się do magazynu astronomicznego, w którym regularnie odbywały się wydarzenia, w tym wieczory obserwacji gwiazd i warsztaty astronomiczne w Teheranie, gdzie chodziłem do szkoły. Myślałem, że fizyka jest dziedziną najbliższą astronomii, jaką mogę się zajmować.

Później, w szkole średniej, bardzo zainteresowałem się samą fizyką, rozwiązywaniem problemów fizycznych, a także czytaniem podręczników na poziomie licencjackim, a nawet podyplomowym. Niewiele rozumiałem, a matematyka była trudna. Po prostu byłem podekscytowany tym, o czym mówią książki.

W tamtym czasie w Iranie wszyscy w kraju mieli egzamin wstępny na uniwersytet, a ludzie sortowali ludzi na podstawie ich zainteresowań i wyników z egzaminów. Skończyło się na wybranym przeze mnie kierunku i uczelni, czyli fizyce Politechnika Sharif w Teheranie.

Co skłoniło Cię do zrobienia doktoratu z astrofizyki? A jak to było być częścią dużej współpracy?

Kiedy byłem na Uniwersytecie Sharif, zacząłem pracować w grupie zajmującej się fizyką promieniowania kosmicznego i zdecydowałem się kontynuować tę dziedzinę na studiach. W 2007 roku, będąc studentem trzeciego roku studiów, uczęszczałem do Międzynarodowa Konferencja na temat Promieni Kosmicznych (ICRC) w Meksyku. To było wspaniałe doświadczenie, ponieważ poznałem wiele osób z różnych amerykańskich uniwersytetów, w tym grupę przy ul Louisiana State University (LSU), do którego dołączyłem rok później w ramach doktoratu. Pracowałem nad wpływem galaktycznych pól magnetycznych na odchylenia ultrawysokoenergetycznych promieni kosmicznych. Mój doradca był James Matthews, jeden z pionierów tzw Obserwatorium Promieni Kosmicznych Pierre'a Augera. Zawsze był dla mnie świetnym mentorem i bardzo się cieszę, że nadal utrzymujemy kontakt.

Praca we współpracy ma swoje zalety i wady. Na przykład w większości projektów listy autorów są pisane w kolejności alfabetycznej, więc nawet jeśli jesteś głównym współautorem, nie będziesz pierwszym autorem w artykule. Zwykle oznacza to mniejszą widoczność dla młodszych fizyków. Ale jednocześnie regularnie uczestnicząc w spotkaniach poświęconych współpracy, budujesz bardzo dużą sieć kontaktów. Dzięki temu stosunkowo łatwo było mi znaleźć stanowisko postdoktora. zostałem zatrudniony przez Miguela Mostafę i Douga Cowena na staż podoktorski na Pennsylvania State University, do którego dołączyłam w 2014 roku. To oni, wraz z Derekiem Foxem, sprawili, że mój czas w Penn State był naprawdę owocny. Myślę o  ich jako moich wiecznych mentorów, którzy mieli duży wpływ na moją karierę.

Tam stałem się częścią tzw Obserwatorium IceCube Neutrino oraz projekt pt Sieć obserwatoriów astrofizycznych z wieloma posłańcami (AMON). Był to projekt budowy infrastruktury cybernetycznej łączącej wszystkie wysokoenergetyczne obserwatoria astrofizyczne w jedną sieć. Otrzymywaliśmy dane, przeprowadzaliśmy analizy w czasie rzeczywistym i jeśli pojawił się sygnał wskazujący na wydarzenie lub źródło astrofizyczne na niebie, wyślemy alerty do innych obserwatoriów. Dzięki temu systemowi odkryliśmy pierwszy dowód na astrofizyczne źródło wysokoenergetycznych neutrin w 2017 roku.

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

Jedną z najlepszych rzeczy w pracy nad projektem AMON było poczucie własności. Ściśle współpracowałem z innym postdoktorem, Gordana Tešić, który jest teraz dobrym przyjacielem. Rozwinąłem także kilka umiejętności miękkich i technicznych, takich jak kodowanie, budowanie pakietów i baz danych w Pythonie, analiza statystyczna i modelowanie uczenia maszynowego.

Jakie były Twoje kolejne kroki po doktoracie?

Po doktoracie zacząłem aplikować na stanowiska wydziałowe. Mój mąż przebywał wtedy w Nowym Jorku, a ja bardzo chciałam tam pracować, więc w końcu wybrałam ten trzyletni wykład pt. Stypendium Frontiers of Science na Uniwersytecie Columbia.

Program ten, założony przez astronoma i pedagoga Davida Helanda, rekrutuje osoby z doktoratem z różnych dziedzin STEM – z fizyki, biologii, chemii, neurologii i nauk o Ziemi. Pomysł jest taki, aby zaszczepić nowym studentom nawyki naukowe w ramach różnych dyscyplin, więc każdy z nas musiał uczyć wszystkich tych tematów. Uczyliśmy różnych umiejętności naukowych, m.in. czytania artykułów, odróżniania nauki od pseudonauki, rozumienia trendów w wykresach i statystykach. Było to bardzo trudne i interesujące, ponieważ po raz pierwszy od dłuższego czasu musiałem nauczyć się pojęć spoza fizyki, aby móc ich uczyć. Byłem także badaczem finansowanym przez NASA w Laboratorium Astrofizyczne Kolumbii, wykorzystując dane z kilku wysokoenergetycznych obserwatoriów astrofizycznych w astronomii multimessenger; Skupiłem się na wykorzystaniu technik uczenia maszynowego.

W tym samym czasie podczas mojej Kolumbii  wykładanie, nauczanie stało się dla mnie bardzo interesujące, a także edukacja szerzej. Zacząłem myśleć o tym, jak mógłbym pomóc uczniom, zwłaszcza ze społeczności o zaniedbanych potrzebach. Pod wieloma względami nasze systemy edukacyjne są nadal dość tradycyjne. Ale świat się zmienia, więc uczniowie naprawdę muszą od najmłodszych lat rozwijać swoje umiejętności techniczne, cyfrowe i związane z przedsiębiorczością. Często uczniowie należący do mniejszości i osoby ze środowisk o niższych dochodach nie mają wystarczających możliwości ani mentorów, którzy mogliby pomóc im w planowaniu edukacji i kariery. Przychodziło mi to do głowy zwłaszcza w pierwszych dniach pandemii Covid-19, dlatego też jestem współzałożycielką organizacji non-profit zajmującej się technologiami edukacyjnymi, której zadaniem jest wzmacnianie pozycji siły roboczej następnego pokolenia, zwanej Akademia Ery Cyfrowej (DAA).

Rekrutowaliśmy uczniów z 11. i 12. klasy (w wieku 16–18 lat), współpracując ze szkołami średnimi w południowym Bronksie w Nowym Jorku. Opracowaliśmy programy rozwoju siły roboczej i przedsiębiorczości, a także przydzieliliśmy uczniom mentorów. Razem zdefiniowali kilka projektów, które pomogły ich rodzinom lub społeczności, i mieli kilka genialnych pomysłów. Pod koniec 2020 roku ukończyliśmy pierwszą kohortę DAA.  Obecnie prowadzimy wiele programów w ciągu roku i współpracujemy z partnerami korporacyjnymi i szkolnymi.

Teraz opuściłeś środowisko akademickie i pracujesz w branży, która nadal jest w dużym stopniu związana z fizyką. Jakie czynniki uwzględniłeś przy podejmowaniu decyzji o wyborze ścieżki kariery?

Było kilka rzeczy, o których myślałem. Jednym z nich było to, czy chcę kontynuować pracę nad wąskim tematem, jakim jest astrofizyka multiposłańców, czy też eksplorować nowe obszary badań. Zastanawiałem się, czy chcę zostać hiperspecjalistą, czy też rozwijać nowe umiejętności i mieć wielowymiarowe spojrzenie na świat zawodowy. Stało się to dla mnie bardziej atrakcyjne, chociaż wiem, że większość ludzi chce wspinać się po drabinie korporacyjnej lub akademickiej.

Myślałam też o wynagrodzeniu, bo życie w Nowym Jorku jest bardzo drogie. Niekoniecznie jest to najważniejsza rzecz, ale na pewno miała na to wpływ. Wielu moich znajomych z doktoratem, którzy studiowali finanse lub naukę danych, zarabiało trzy lub cztery razy więcej niż pensja postdoktora.

Chciałem też zostać w Nowym Jorku, bo dla imigranta takiego jak ja jest to najlepsze miasto. Czujesz, że tu pasujesz. Ale gdybym chciał zostać profesorem, musiałbym aplikować w całych Stanach Zjednoczonych. Kolejnym aspektem była równowaga między życiem zawodowym a prywatnym. Zaintrygowało mnie także poznawanie innych kultur spoza społeczności zajmującej się astrofizyką cząstek elementarnych.

Pod koniec 2020 roku zdecydowałem się opuścić Kolumbię i przez rok kontynuowałem pracę wyłącznie nad DAA. Pod koniec 2021 roku zdecydowałem się aplikować na stanowiska data science, ale z zacięciem naukowym, dlatego skupiłem się na biotechnologii i opiece zdrowotnej. Skończyłem o godz Centrum Onkologii Memorial Sloan Kettering (MSK) jako starszy analityk danych. Należałem do zespołu o nazwie „Inkubacja Technologiczna”, w skład którego wchodzili różni eksperci w dziedzinie projektowania, produktów, inżynierii i nauki o danych, którzy wspólnie pracowali nad wprowadzeniem nowych technologii w leczeniu raka. Następnie z początkiem 2023 roku rozpocząłem swoje obecne stanowisko w NewYork-Presbyterian Hospital.

Jak wygląda teraz Twój typowy dzień i jakich głównych umiejętności używasz w swojej pracy?

Nasz zespół, w skład którego wchodzą naukowcy i inżynierowie z NewYork-Presbyterian, ściśle współpracuje Oddział Kardiologii i Zakład Informatyki Biomedycznej Uniwersytetu Columbia. Wykorzystuję głównie dane echokardiograficzne i buduję modele głębokiego uczenia się, umożliwiające wykrywanie chorób układu krążenia na wcześniejszych etapach. Automatyzujemy cały proces odczytu obrazów i klipów echokardiograficznych, a modele te pomagają kardiologom w szybkim odczytywaniu echa i diagnozowaniu chorób takich jak zwężenie zastawki aortalnej.

Kiedy budujesz modele uczenia maszynowego lub modele statystyczne w celu rozwiązywania problemów, musisz dobrze zdefiniować problem i sformułować jasne pytanie i hipotezę

Wykorzystuję zarówno wiedzę z zakresu fizyki, jak i umiejętności techniczne zdobyte na studiach. Kiedy budujesz modele oparte na uczeniu maszynowym lub modele statystyczne w celu rozwiązywania problemów, musisz dobrze zdefiniować problem oraz postawić jasne pytanie i hipotezę, w czym pomaga mi moja wiedza z fizyki. Muszę także wykorzystywać umiejętności obsługi komputera do wstępnego przetwarzania i analizowania danych.

Kiedy już mam dobry zbiór danych, wykorzystuję matematykę, której nauczyłem się na studiach, aby znaleźć najlepszy algorytm do zbudowania modelu. Bycie sceptycznym to kolejna rzecz, którą zapożyczyłem od bycia fizykiem – na przykład:  musimy przetestować modele w badaniach klinicznych, dlatego bardzo ważne jest, aby upewnić się, że dają przyzwoite wyniki.

<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 w kardiologii 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”>

Ponadto używamy wielu koncepcji fizyki w kardiologii i ogólnie w opiece zdrowotnej. Na przykład musisz użyć efektu Dopplera, gdy wysyłasz i odbierasz sygnały z serca. Na podstawie prędkości i częstotliwości sygnału można obliczyć prędkość krwi.

Innym interesującym przykładem z czasów, gdy pracowałem w MSK, był przypadek, gdy zauważyłem, że były kolega z astrofizyki cząstek elementarnych zamieścił w Internecie post o badaczach z MSK, którzy wykorzystali efekt Czerenkowa w swojej technice obrazowania do wykrywania nowotworów. Skontaktowałem się z nim i wszyscy razem zadzwoniliśmy. To było bardzo interesujące, ponieważ on jest astrofizykiem cząstek elementarnych, a pozostałe dwie osoby były biologiem i onkologiem, a ja byłem pomiędzy. To zapoczątkowało współpracę między naszym zespołem w MSK a drugim zespołem w MSK, ponieważ miałem kilka pomysłów na model uczenia maszynowego dla ich danych.

W 2023 roku zostałeś nagrodzony przez Amerykańskie Towarzystwo Fizyczne (APS) Forum Wykładowców Fizyki Przemysłowej i Stosowanej (FIAP).. Czy mógłbyś mi opowiedzieć coś więcej o tej pracy?

Po rozpoczęciu kariery w służbie zdrowia zacząłem myśleć o prowadzeniu wykładów dla doktorantów i doktorantów, aby opowiedzieć im moją historię. Chciałem porozmawiać o moich doświadczeniach w środowisku akademickim i poza nim, podzielić się zaletami i wadami, które rozważałem, odchodząc, i dać ludziom możliwość zastanowienia się nad własną, wyjątkową ścieżką kariery.

Poszedłem na cztery uniwersytety i wygłaszałem wykłady i mogłem całkowicie zobaczyć siebie w tych uroczych studentach, widząc, jak powszechne są nasze zmartwienia i wyzwania. Chciałem także pomóc studentom zagranicznym, którzy muszą pomyśleć o wizach, na drodze do uzyskania bardziej osiedlonego statusu w USA.

Kiedy otrzymałam nagrodę FIAP, byłam bardzo podekscytowana, ponieważ mam teraz więcej możliwości uczęszczania do różnych szkół i inspirowania uczniów do nieszablonowego myślenia. Częścią tej nagrody jest prowadzenie wykładów w co najmniej trzech instytutach, w tym w szkole o zaniedbanym statusie. Zostałem zaproszony na Spotkanie marcowe APS, gdzie odbiorę nagrodę, a także wygłoszę na zaproszenie wykład na temat mojej podróży i moich rad dotyczących możliwości kariery zawodowej dla fizyków.

Jaka jest Twoja rada dla studentów rozpoczynających naukę dzisiaj? Co teraz wiesz, co chciałbyś wiedzieć, gdy zaczynałeś karierę?

Pamiętam, że kiedy byłem studentem, większość z nas, absolwentów astronomii, uczęszczała tylko na seminaria astronomiczne. Jeśli chcesz popracować nad jednym tematem i stać się w nim naprawdę dobry, możesz wykorzystać każdą minutę, skupiając się na tym temacie. Jedynym zastrzeżeniem jest to, że staniesz się tak skupiony, że możesz zapomnieć o nowych spostrzeżeniach i perspektywach. Nowe pomysły nie powstają w samotności. Dzieje się tak, gdy jesteś wystawiony na działanie myśli, pracy i doświadczeń innych ludzi.

Nie jest możliwe uczestniczenie w każdym wykładzie, ale gdybym ponownie był studentem, z pewnością chodziłbym na więcej seminariów i zwiedzałbym inne wydziały naukowe na terenie kampusu. Czasami mówcy wygłaszają bardziej ogólne przemówienia, które niekoniecznie są bardzo techniczne, więc możesz uchwycić połowę przemówienia na temat innej dziedziny i zrozumieć ich podejście. Możesz nawet pójść na występ artystyczny i wygenerować nowy pomysł na swoją własną pracę lub uświadomić sobie, że interesujesz się dziedziną taką jak finanse lub branża gier. Dlatego miej oczy szeroko otwarte i otwarty umysł.

Pamiętam, że pod koniec studiów poczułam dużą presję i martwiłam się, czy znajdę postdoktora. Musisz pamiętać, że rozwinąłeś wiele umiejętności, masz dużą wiedzę i doświadczenie. Zawsze będziesz w stanie znaleźć pracę i nie tylko przetrwać, ale także prosperować. Trzeba tylko uwierzyć w siebie, a można dokonać niesamowitych rzeczy. Możesz być osobą, która odkrywa coś nowego lub tworzy coś dla innych ludzi. Są to zatem krytyczne, kluczowe momenty w życiu. Chociaż są przerażające, mogą sprawić, że staniesz się najlepszą wersją siebie.

Wreszcie, w karierze każdego człowieka i w ogóle w życiu zdarzają się momenty, kiedy czujesz się zawiedziony i masz wrażenie, że nie możesz odnieść sukcesu. Możesz myśleć, że nie możesz znaleźć pracy lub że nie jesteś dobry w jednej rzeczy. Jest to bardzo normalne i w rzeczywistości nie jest niczym złym. Oznacza to, że powracasz do swoich wartości i możesz wykorzystać tę okazję, aby znaleźć kolejny krok. Nie myśl, że to koniec świata. To początek nowego rozdziału.

• Ten artykuł został po raz pierwszy opublikowany w Kariera w APS, przewodnik wydany przez Świat Fizyki w imieniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego. Pełny przewodnik możesz przeczytać online

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/from-cosmic-rays-to-cardiology/