Od kozmičnih žarkov do kardiologije – svet fizike

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

Astrofizik, ki je postal podatkovni znanstvenik Azadeh Keivani je imel nenavadno poklicno pot. Od zgodnjega zanimanja za astronomijo kot srednješolka v Iranu se je preselila v ZDA, da bi dokončala doktorat in podoktorat na področju kozmičnih žarkov in astrofizike delcev, zdaj pa razvija tehnike strojnega učenja v zdravstvu, izobraževanju in poslovanju. Keivani tudi strastno deli svoje potovanje s sedanjimi študenti.

Danes dela pri Prezbiterijanska bolnišnica New York, razvoj modelov AI za kardiologijo. Leta 2023 je Keivani prejel nagrado American Physical Society (APS) Nagrada za karierno predavateljstvo Foruma za industrijsko in uporabno fiziko (FIAP).. Govori o pomenu odprtega duha, vrednosti interdisciplinarnega sodelovanja, svoji vključenosti v izobraževalne pobude in odločitvi, ali naj ostane v akademskem svetu.

Kaj je vzbudilo vaše prvotno zanimanje v znanosti, še posebej v fiziki?

Ko sem bil v srednji šoli, sem se prvič udeležil dogodka opazovanja zvezd in to me je tako fasciniralo. Ne samo pogled v nebo, ampak tudi biti obkrožen s kul ljudmi je bil navdihujoč. Po tem sem se prijavil za astronomsko revijo, ki je organizirala redne dogodke, vključno z nočmi opazovanja zvezd in astronomskimi delavnicami v Teheranu, kamor sem hodil v šolo. Mislil sem, da je fizika najbližje astronomiji, s čimer se lahko ukvarjam.

Kasneje v srednji šoli me je začela zelo zanimati sama fizika, reševanje fizikalnih problemov, pa tudi branje učbenikov za dodiplomski in celo podiplomski študij. Nisem veliko razumel in matematika je bila težka, prav navdušen sem bil, ko sem videl, o čem govorijo knjige.

Takrat smo imeli v Iranu univerzitetni sprejemni izpit za vse v državi in ​​ljudi so razvrstili glede na njihov interes in rezultat na izpitu. Končal sem s predmetom in univerzo, ki sem si jo želel, to je bila fizika Tehnološka univerza Sharif v Teheranu.

Kaj vas je pripeljalo do doktorata iz astrofizike? In kako je bilo biti del velikega sodelovanja?

Ko sem bil na univerzi Sharif, sem začel delati s skupino za fiziko kozmičnih žarkov in odločil sem se, da bom na tem področju nadaljeval v podiplomski šoli. Leta 2007, ko sem bil XNUMX. letnik dodiplomskega študija, sem obiskoval št Mednarodna konferenca o kozmičnih žarkih (ICRC) v Mehiki. To je bila odlična izkušnja, saj sem spoznal veliko ljudi z različnih ameriških univerz, vključno s skupino na Louisiana State University (LSU), ki sem se mu pridružil leto kasneje za doktorat. Delal sem na učinkih galaktičnih magnetnih polj na odklone kozmičnih žarkov ultravisokih energij. Moj svetovalec je bil James Matthews, eden od pionirjev Observatorij za kozmične žarke Pierre Auger. Vedno mi je bil odličen mentor in zelo sem vesel, da sva še vedno v stiku.

Delo v sodelovanju ima svoje prednosti in slabosti. Na primer, v večini sodelovanj so seznami avtorjev napisani po abecednem vrstnem redu, tako da tudi če ste glavni sodelavec, ne boste prvi avtor na papirju. To običajno pomeni manjšo vidljivost za mlajše fizike. Toda hkrati zgradite zelo veliko mrežo, saj redno hodite na sestanke za sodelovanje. To mi je razmeroma olajšalo iskanje postdoktorskega položaja. Najel me je Miguel Mostafa in Doug Cowen za podoktorski študij na državni univerzi Pennsylvania, ki sem se ji pridružil leta 2014. Skupaj z Derekom Foxom so naredili moj čas na Pennsylvania State resnično ploden. mislim na  kot moji večni mentorji, ki so imeli velik vpliv na mojo kariero.

Tam sem postal del Nevtrinski observatorij IceCube in projekt, imenovan Astrophysical Multi-Messenger Observatory Network (AMON). To je bil projekt izgradnje kibernetske infrastrukture, ki povezuje vse visokoenergetske astrofizične observatorije v eno samo omrežje. Dobili smo podatke, izvedli analizo v realnem času in če bi obstajal signal, ki bi kazal na astrofizični dogodek ali vir na nebu, bi poslal opozorila drugim observatorijem. S tem sistemom smo odkrili prvi dokaz astrofizikalnih visokoenergijskih nevtrinskih virov leta 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="Sijaj svetlo 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”>

Ena najboljših stvari pri delu na projektu AMON je bil občutek lastništva. Tesno sem sodeloval z drugim podoktorjem, Gordana Tešić, ki je zdaj dobra prijateljica. Razvil sem tudi več mehkih veščin in tehničnih veščin, kot so kodiranje, izgradnja paketov in baz podatkov Python, statistična analiza in modeliranje strojnega učenja.

Kakšni so bili naslednji koraki zate po doktoratu?

Po podoktorskem študiju sem se začel prijavljati za delovna mesta na fakulteti. Takrat je bil moj mož v New Yorku in res sem si želela službe tam, zato sem na koncu izbrala triletni lektorat, imenovan Štipendija Frontiers of Science Fellowship na univerzi Columbia.

Ta program, ki ga je ustanovil astronom in pedagog David Helfand, zaposluje ljudi z doktoratom znanosti z različnimi ozadji STEM – iz fizike, biologije, kemije, nevroznanosti in znanosti o Zemlji. Ideja je, da novim študentom prek različnih disciplin privzgojimo znanstvene navade, zato je moral vsak od nas poučevati vse te teme. Učili smo se različnih znanstvenih veščin, na primer, kako brati članke in kako razlikovati znanost od psevdoznanosti, kako razumeti trende v zapletih in statistiki. Bilo je zelo zahtevno in zanimivo, saj sem se prvič po dolgem času moral naučiti konceptov zunaj fizike, da sem jih lahko poučeval. Bil sem tudi raziskovalec, ki ga je financirala NASA Columbia Laboratorij za astrofiziko, z uporabo podatkov iz več visokoenergijskih astrofizikalnih observatorijev v multimessenger astronomiji; Osredotočil sem se na uporabo tehnik strojnega učenja.

Obenem, med mojo Kolumbijo  lektorata, poučevanje mi je postalo zelo zanimivo in tudi izobraževanje nasploh. Začel sem razmišljati o tem, kako bi lahko pomagal učencem, zlasti iz manj oskrbovanih skupnosti. V mnogih pogledih so naši izobraževalni sistemi še vedno precej tradicionalni. Toda svet se spreminja, zato morajo učenci res že zgodaj razvijati svoje tehnične, digitalne in podjetniške spretnosti. Študenti iz manjšin in tisti iz okolij z nižjimi dohodki pogosto nimajo na voljo dovolj priložnosti ali mentorjev, ki bi jim pomagali pri načrtovanju izobraževanja in kariere. To je bilo v mojih mislih zlasti v zgodnjih dneh pandemije COVID-19, zato sem soustanovil neprofitno organizacijo za izobraževalno tehnologijo, da bi opolnomočil naslednjo generacijo delovne sile, imenovano Akademija digitalne dobe (DAA).

V partnerstvo s srednjimi šolami v južnem Bronxu v New Yorku smo zaposlili učence iz 11. ali 12. razreda (starosti 16–18 let). Razvili smo nekaj kadrovskih in podjetniških razvojnih programov, študente smo povezali z mentorji. Skupaj so opredelili nekaj projektov, ki so pomagali njihovim družinam ali skupnosti, in imeli so nekaj sijajnih idej. Konec leta 2020 smo diplomirali iz prve DAA kohorte.  Zdaj skozi vse leto izvajamo številne programe in imamo poslovne in šolske partnerje.

Zdaj ste se preselili iz akademskega sveta in ste v vlogi industrije, ki je še vedno močno vpletena v fiziko. Katere dejavnike ste upoštevali pri izbiri te poklicne poti?

Bilo je nekaj stvari, o katerih sem razmišljal. Eno je bilo, ali želim nadaljevati z delom na ozki temi astrofizike z več sporočili ali raziskati nova področja raziskav. Razmišljal sem o tem, ali se želim hiperspecializirati ali razviti nove veščine in imeti večdimenzionalni pogled na poklicni svet. To mi je postalo bolj privlačno, čeprav vem, da se večina ljudi želi povzpeti po podjetniški ali akademski lestvici.

Razmišljal sem tudi o plači, saj je življenje v New Yorku zelo drago. Ni nujno, da je to najpomembnejša stvar, je pa vsekakor bil dejavnik. Veliko mojih prijateljev z doktoratom znanosti, ki so se ukvarjali s financami ali podatkovno znanostjo, je zaslužilo tri- ali štirikratno plačo postdoktorske plače.

Želel sem tudi ostati v New Yorku, ker je za priseljenca, kot sem jaz, to najboljše mesto. Čutiš, da spadaš sem. A če bi želel postati profesor, bi se moral prijaviti povsod v ZDA. Ravnovesje med poklicnim in zasebnim življenjem je bil še en vidik, zanimalo pa me je tudi učenje o drugih kulturah zunaj skupnosti astrofizike delcev.

Konec leta 2020 sem se odločil zapustiti Columbio in eno leto delal samo na DAA. Konec leta 2021 sem se odločil, da se bom prijavil na delovna mesta podatkovne znanosti, vendar z znanstvenim pridihom, zato sem se osredotočil na biotehnologijo in zdravstvo. Končal sem pri Spominski center za raka Sloan Kettering (MSK) kot višji podatkovni znanstvenik. Bil sem del ekipe imenovane "Tehnološka inkubacija«, ki je vključevala različne strokovnjake s področja oblikovanja, izdelkov, inženiringa in podatkovne znanosti, ki so sodelovali pri uvajanju novih tehnologij za zdravljenje raka. Nato sem v začetku leta 2023 nastopil svojo trenutno vlogo v NewYork-Presbyterian Hospital.

Kakšen je vaš običajen dan zdaj in katere so nekatere od glavnih veščin, ki jih uporabljate pri svojem delu?

Naša ekipa, vključno z znanstveniki in inženirji v NewYork-Presbyterian, tesno sodeluje z Oddelek za kardiologijo in oddelek za biomedicinsko informatiko univerze Columbia. Uporabljam predvsem ehokardiografske podatke in gradim modele globokega učenja za odkrivanje srčno-žilnih bolezni v zgodnejših fazah. Avtomatiziramo celoten proces branja ehokardiografskih slik in posnetkov, ti modeli pa kardiologom pomagajo pri hitrem branju odmevov in diagnosticiranju bolezni, kot je aortna stenoza.

Ko gradite modele strojnega učenja ali statistične modele za reševanje problemov, morate dobro definirati problem ter pripraviti jasno vprašanje in hipotezo.

Uporabljam tako svoje znanje fizike kot tehnične veščine, ki sem jih pridobil na akademiji. Ko gradite modele strojnega učenja ali statistične modele za reševanje problemov, morate dobro definirati problem ter oblikovati jasno vprašanje in hipotezo, pri čemer vam moje znanje fizike pomaga. Svoje računalniško znanje moram uporabiti tudi za predhodno obdelavo in analizo podatkov.

Ko imam dober nabor podatkov, uporabim matematiko, ki sem se je naučil v podiplomski šoli, da poiščem najboljši algoritem za izdelavo modela. Biti skeptičen je še ena stvar, ki sem si jo izposodil kot fizik – npr.  modele moramo preizkusiti v kliničnih študijah, zato je zelo pomembno zagotoviti, da imajo spodobne rezultate.

<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 v kardiologiji 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”>

Prav tako uporabljamo številne fizikalne koncepte v kardiologiji in zdravstvu nasploh. Na primer, morate uporabiti Dopplerjev učinek, ko pošiljate in sprejemate signale iz srca. Na podlagi hitrosti in frekvence signala lahko izračunate hitrost krvi.

Še en zanimiv primer, ko sem delal v MSK, je bil, ko sem opazil, da je nekdanji kolega iz astrofizike delcev na spletu objavil podatke o raziskovalcih v MSK, ki so uporabili Čerenkov učinek v svoji slikovni tehniki za odkrivanje tumorjev. Kontaktiral sem ga in vsi skupaj smo dobili klic. Bilo je zelo zanimivo, ker je on astrofizik delcev, drugi dve osebi pa sta bila biolog in onkolog, jaz sem bil vmes. To je sprožilo sodelovanje med našo ekipo pri MSK in drugo ekipo pri MSK, ker sem imel nekaj idej za model strojnega učenja za njihove podatke.

Leta 2023 ste prejeli nagrado American Physical Society (APS) Predavanje na Forumu za industrijsko in uporabno fiziko (FIAP).. Mi lahko poveste nekaj o tem delu?

Ko sem začel kariero v zdravstvu, sem začel razmišljati o tem, da bi predaval podiplomskim študentom in doktorandom, da bi jim povedal svojo zgodbo. Želel sem govoriti o svojih izkušnjah znotraj in zunaj akademskega kroga, deliti prednosti in slabosti, o katerih sem razmišljal, ko sem odhajal, in opolnomočiti ljudi, da razmišljajo o svoji edinstveni karierni poti.

Šla sem na štiri univerze in imela predavanja ter se popolnoma videla v teh ljubkih študentih, saj sem videla, kako pogoste so naše skrbi in izzivi. Prav tako sem želel pomagati mednarodnim študentom, ki morajo razmišljati o vizumih na poti do bolj ustaljenega statusa v ZDA.

Ko sem prejela nagrado FIAP, sem bila zelo navdušena, saj imam zdaj več priložnosti obiskovati različne šole in učence navdušiti za razmišljanje izven okvirov. Del te nagrade je predavanje na vsaj treh inštitutih, vključno s šolo, ki nima dovolj pomoči. Povabljen sem bil na Marčevsko srečanje APS, kjer bom prejel nagrado, imel pa bom tudi vabljeni govor o svoji poti in nasvetih o kariernih priložnostih za fizike.

Kaj svetujete študentom, ki danes začenjajo študij? Kaj veste zdaj, kar bi si želeli vedeti, ko ste začeli svojo kariero?

Ko sem bil študent, se spomnim, da je večina od nas, ki smo bili podiplomski študenti astronomije, obiskovala le seminarje iz astronomije. Če želite delati na eni temi in postati res dobri v njej, boste morda želeli vsako minuto izkoristiti za osredotočanje na to temo. Opozorilo je, da postanete tako osredotočeni, da lahko pozabite na nova spoznanja in perspektive. Do novih idej se ne pride v samoti. To se zgodi, ko ste izpostavljeni mislim, delu in izkušnjam drugih ljudi.

Ni se mogoče udeležiti vsakega predavanja, a če bi bil spet študent, bi zagotovo šel na več seminarjev in raziskoval druge znanstvene oddelke v kampusu. Včasih imajo govorci bolj splošne govore, ki niso nujno zelo tehnični, tako da boste morda dojeli polovico govora o drugem področju in razumeli njihov pristop. Morda se celo odpravite na umetniško predstavo in ustvarite novo idejo o svojem delu ali spoznate, da vas zanimajo področja, kot so finance ali igralniška industrija. Zato imejte odprte oči in imejte odprt um.

Spomnim se, da sem ob koncu podiplomske šole čutil velik pritisk in skrbelo me je, ali bom našel podoktorski študij. Zapomniti si morate, da ste razvili veliko spretnosti in imate veliko znanja in izkušenj. Vedno boste lahko našli službo in ne le preživeli, ampak tudi uspevali. Samo verjeti moraš vase in zmoreš neverjetne stvari. Lahko ste oseba, ki odkrije nekaj novega ali ustvari nekaj za druge ljudi. To so torej kritični, ključni trenutki v življenju. Čeprav so strašljivi, vas lahko pripeljejo do tega, da postanete najboljša različica sebe.

Nazadnje, v karieri vsakogar in v življenju nasploh so trenutki, ko se počutiš razočaran in se počutiš, kot da ne moreš uspeti. Morda mislite, da ne najdete službe ali da v eni stvari niste dobri. To je zelo normalno in pravzaprav ni nič slabega. To pomeni, da ponovno pregledujete svoje vrednote in lahko to priložnost izkoristite, da najdete svoj naslednji korak. Ne mislite, da je konec sveta. To je začetek novega poglavja.

• Ta članek je bil prvič objavljen v APS Kariere, vodnik, ki ga je izdal Svet fizike v imenu Ameriškega fizikalnega društva. Celoten vodnik lahko preberete na spletu

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/from-cosmic-rays-to-cardiology/