Von der kosmischen Strahlung bis zur Kardiologie – Physics World

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world.jpg" data-caption="Interdisziplinärer Leistungsträger Azadeh Keivani richtete ihren Blick von der Astrophysik auf Datenwissenschaft im Gesundheitswesen und gründete gleichzeitig eine gemeinnützige Bildungsorganisation. (Mit freundlicher Genehmigung von Ashkan Balouchi)“ title=“Klicken Sie hier, um das Bild im Popup zu öffnen“ href=“https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics- world.jpg“>

Der Astrophysiker wurde zum Datenwissenschaftler Azadeh Keivani hat einen ungewöhnlichen beruflichen Werdegang hinter sich. Nachdem sie sich bereits als High-School-Schülerin im Iran für Astronomie interessierte, zog sie in die USA, um dort zu promovieren und ein Postdoktorat in kosmischer Strahlung und Teilchenastrophysik zu absolvieren. Heute entwickelt sie Techniken des maschinellen Lernens für das Gesundheitswesen, die Bildung und die Wirtschaft. Keivani teilt ihre Reise auch leidenschaftlich gern mit aktuellen Studierenden.

Heute arbeitet sie bei NewYork-Presbyterian Krankenhaus, Entwicklung von KI-Modellen für die Kardiologie. Im Jahr 2023 erhielt Keivani den Preis der American Physical Society (APS) Career Lectureship Award des Forums für Industrie- und Angewandte Physik (FIAP).. Sie spricht über die Bedeutung von Aufgeschlossenheit, den Wert interdisziplinärer Zusammenarbeit, ihr Engagement in Bildungsinitiativen und die Entscheidung, ob sie im akademischen Bereich bleibt.

Was hat Ihr anfängliches Interesse geweckt? in der Naturwissenschaft und insbesondere in der Physik?

Als ich in der Mittelschule war, nahm ich zum ersten Mal an einer Sternenbeobachtungsveranstaltung teil, und das faszinierte mich sehr. Nicht nur der Blick in den Himmel selbst, sondern auch die Tatsache, von coolen Menschen umgeben zu sein, war inspirierend. Danach meldete ich mich bei einem Astronomiemagazin an, das regelmäßig Veranstaltungen veranstaltete, darunter Sternbeobachtungsabende und Astronomie-Workshops in Teheran, wo ich zur Schule ging. Ich dachte, dass die Physik der Astronomie am nächsten käme, die ich betreiben könnte.

Später in der Highschool interessierte ich mich sehr für die Physik selbst, für die Lösung physikalischer Probleme und für das Lesen von Lehrbüchern für Bachelor- und Masterstudiengänge. Ich habe nicht viel verstanden und die Mathematik war schwer, ich war einfach gespannt, worüber in den Büchern gesprochen wurde.

Damals gab es im Iran für jeden im Land eine Aufnahmeprüfung für die Universität, und man sortierte die Leute nach Interesse und Prüfungsergebnis. Am Ende hatte ich das Fach und die Universität, die ich wollte: Physik Technische Universität Sharif in Teheran.

Was hat Sie dazu bewogen, in Astrophysik zu promovieren? Und wie war es, Teil einer großen Zusammenarbeit zu sein?

Als ich an der Sharif-Universität war, begann ich mit einer Gruppe für Physik der kosmischen Strahlung zu arbeiten und beschloss, in diesem Bereich während des Studiums weiterzumachen. Im Jahr 2007, als ich im dritten Studienjahr war, besuchte ich die Internationale Konferenz über kosmische Strahlung (IKRK) in Mexiko. Das war eine tolle Erfahrung, weil ich viele Leute von verschiedenen US-Universitäten kennengelernt habe, darunter auch eine Gruppe von Louisiana State University (LSU), der ich ein Jahr später für meine Doktorarbeit beitrat. Ich habe mich mit den Auswirkungen der galaktischen Magnetfelder auf die Ablenkung ultrahochenergetischer kosmischer Strahlung beschäftigt. Mein Berater war James Matthews, einer der Pioniere der Pierre Auger Observatorium für kosmische Strahlung. Er war für mich immer ein toller Mentor und ich bin so froh, dass wir immer noch in Kontakt sind.

Die Zusammenarbeit in einer Zusammenarbeit hat seine Vor- und Nachteile. Bei den meisten Kooperationen werden die Autorenlisten beispielsweise in alphabetischer Reihenfolge erstellt, sodass Sie selbst als Hauptautor nicht der erste Autor des Artikels sind. Dies bedeutet in der Regel eine schlechtere Sicht für Nachwuchsphysiker. Aber gleichzeitig bauen Sie ein sehr großes Netzwerk auf, indem Sie regelmäßig an Kooperationstreffen teilnehmen. Dadurch war es für mich relativ einfach, eine Postdoc-Stelle zu finden. Ich wurde angeheuert von Miguel Mostafa und Doug Cowen für einen Postdoc an der Pennsylvania State University, der ich 2014 beigetreten bin. Zusammen mit Derek Fox haben sie meine Zeit an der Penn State wirklich fruchtbar gemacht. ich denke an  Sie waren meine ewigen Mentoren, die einen großen Einfluss auf meine Karriere hatten.

Dort wurde ich Teil der IceCube Neutrino-Observatorium und ein Projekt namens Astrophysical Multi-Messenger Observatory Network (AMON). Hierbei handelte es sich um ein Projekt zum Aufbau einer Cyber-Infrastruktur, die alle astrophysikalischen Hochenergie-Observatorien in einem einzigen Netzwerk verbindet. Wir haben Daten gesammelt, Analysen in Echtzeit durchgeführt und wenn es ein Signal gab, das auf ein astrophysikalisches Ereignis oder eine Quelle am Himmel hinwies, wurden Warnungen an andere Observatorien gesendet. Mit diesem System haben wir das entdeckt Erster Nachweis einer astrophysikalischen Hochenergie-Neutrinoquelle im Jahr 2017.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-1.jpg" data-caption="Hell strahlen Azadeh Keivani und Mitarbeiter von AMON, IceCube, Swift, Fermi und anderen Observatorien entdeckten 2017 den ersten Beweis einer astrophysikalischen Hochenergie-Neutrinoquelle. Diese künstlerische Darstellung zeigt einen mächtigen Blazar, den Ursprung des IceCube-Neutrinos IC170922. (Mit freundlicher Genehmigung von IceCube Collaboration/Google Earth: PGC/NASA US Geological Survy Data SIO,NOAA, US Navy, NGA, GEBCO Landsat/Copernicus)“ title=“Klicken Sie hier, um das Bild im Popup zu öffnen“ href=“https://platoblockchain. com/wp-content/uploads/2024/02/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-1.jpg“>

Eines der besten Dinge bei der Arbeit am AMON-Projekt war das Gefühl der Eigenverantwortung. Ich habe eng mit einem anderen Postdoc zusammengearbeitet, Gordana Tešić, der jetzt ein guter Freund ist. Ich habe außerdem verschiedene Soft Skills sowie technische Fähigkeiten entwickelt, wie z. B. Programmieren, Erstellen von Python-Paketen und -Datenbanken, statistische Analyse und Modellierung durch maschinelles Lernen.

Was waren für Sie die nächsten Schritte nach Ihrem Postdoc?

Nach meinem Postdoc begann ich, mich auf Fakultätsstellen zu bewerben. Zu dieser Zeit war mein Mann in New York und ich wollte dort unbedingt einen Job haben, also entschied ich mich schließlich für diese dreijährige Dozentenstelle namens „ Frontiers of Science-Stipendium an der Columbia University.

Dieses Programm wurde von Astronomen und Pädagogen gegründet David Helfandrekrutiert Menschen mit Doktortiteln mit unterschiedlichem MINT-Hintergrund – in den Bereichen Physik, Biologie, Chemie, Neurowissenschaften und Geowissenschaften. Die Idee besteht darin, neuen Studenten durch verschiedene Disziplinen die wissenschaftlichen Denkgewohnheiten zu vermitteln, daher musste jeder von uns alle diese Themen unterrichten. Wir vermittelten verschiedene wissenschaftliche Fähigkeiten, wie zum Beispiel das Lesen von Artikeln und die Unterscheidung zwischen Wissenschaft und Pseudowissenschaft sowie das Verstehen von Trends in Diagrammen und Statistiken. Es war sehr herausfordernd und interessant, weil ich zum ersten Mal seit langer Zeit Konzepte außerhalb der Physik erlernen musste, um sie lehren zu können. Ich war auch ein von der NASA finanzierter Forscher am Columbia Astrophysics Laboratory, unter Verwendung von Daten mehrerer hochenergetischer astrophysikalischer Observatorien in der Multimessenger-Astronomie; Ich habe mich auf die Nutzung maschineller Lerntechniken konzentriert.

Zur gleichen Zeit, während meiner Columbia  Während meiner Tätigkeit als Dozent wurde das Lehren für mich sehr interessant, und auch Bildung im Allgemeinen. Ich begann darüber nachzudenken, wie ich Schülern helfen könnte, insbesondere aus unterversorgten Gemeinden. In vielerlei Hinsicht sind unsere Bildungssysteme noch recht traditionell. Aber die Welt verändert sich, daher müssen Studierende ihre technischen, digitalen und unternehmerischen Fähigkeiten schon früh entwickeln. Oftmals stehen Studierenden aus Minderheitengruppen und aus einkommensschwächeren Verhältnissen nicht genügend Möglichkeiten oder Mentoren zur Verfügung, die sie bei der Planung ihrer Ausbildung und Karriere unterstützen könnten. Dies beschäftigte mich besonders in den frühen Tagen der COVID-19-Pandemie und so gründete ich eine gemeinnützige Organisation für Bildungstechnologie mit dem Namen „The Next Generation Workforce“. Akademie des digitalen Zeitalters (DAA).

Wir rekrutierten Schüler der 11. oder 12. Klasse (im Alter von 16–18 Jahren) durch eine Partnerschaft mit High Schools in der South Bronx in New York. Wir haben einige Programme zur Personal- und Unternehmerentwicklung entwickelt und Studenten mit Mentoren zusammengebracht. Gemeinsam definierten sie einige Projekte, die ihren Familien oder ihrer Gemeinde halfen, und hatten einige brillante Ideen. Ende 2020 haben wir den ersten DAA-Jahrgang abgeschlossen.  Mittlerweile führen wir das ganze Jahr über eine Reihe von Programmen durch und haben Unternehmens- und Schulpartner.

Mittlerweile haben Sie die akademische Laufbahn hinter sich gelassen und sind in einer Branche tätig, die noch immer stark von der Physik geprägt ist. Welche Faktoren haben Sie bei Ihrer Berufswahl berücksichtigt?

Es gab ein paar Dinge, über die ich nachgedacht habe. Eine davon war, ob ich weiter an dem engen Thema der Multimessenger-Astrophysik arbeiten oder neue Forschungsfelder erkunden wollte. Ich habe darüber nachgedacht, ob ich mich hyperspezialisieren oder neue Fähigkeiten entwickeln und eine mehrdimensionale Perspektive auf die Berufswelt haben möchte. Das wurde für mich attraktiver, obwohl ich weiß, dass die meisten Menschen die berufliche oder akademische Karriere erklimmen wollen.

Ich habe auch über das Gehalt nachgedacht, weil das Leben in New York sehr teuer ist. Es ist nicht unbedingt das Wichtigste, aber es war definitiv ein Faktor. Viele meiner Freunde mit Doktortiteln, die in die Finanz- oder Datenwissenschaft gingen, verdienten das Drei- oder Vierfache eines Postdoc-Gehalts.

Ich wollte auch in New York bleiben, weil es für einen Einwanderer wie mich die beste Stadt ist. Du hast das Gefühl, hierher zu gehören. Aber wenn ich Professor werden wollte, müsste ich mich überall in den USA bewerben. Die Work-Life-Balance war ein weiterer Aspekt, und ich war auch fasziniert davon, etwas über andere Kulturen außerhalb der Gemeinschaft der Teilchenastrophysik zu lernen.

Ende 2020 entschloss ich mich, Columbia zu verlassen und arbeitete ein Jahr lang ausschließlich für DAA. Ende 2021 beschloss ich, mich auf Stellen im Bereich Data Science zu bewerben, allerdings mit wissenschaftlichem Schwerpunkt, also konzentrierte ich mich auf Biotechnologie und Gesundheitswesen. Ich landete bei Memorial Sloan Kettering Cancer Center (MSK) als leitender Datenwissenschaftler. Ich war Teil eines Teams namens „Technologie-Inkubation“, an dem verschiedene Experten aus den Bereichen Design, Produkt, Technik und Datenwissenschaft teilnahmen, die gemeinsam an der Einführung neuer Technologien für die Krebsbehandlung arbeiteten. Dann, Anfang 2023, begann ich meine jetzige Stelle im NewYork-Presbyterian Hospital.

Wie sieht heute ein typischer Tag für Sie aus und was sind einige der wichtigsten Fähigkeiten, die Sie in Ihrem Job einsetzen?

Unser Team, bestehend aus Wissenschaftlern und Ingenieuren bei NewYork-Presbyterian, arbeitet eng mit uns zusammen Abteilung für Kardiologie und Abteilung für biomedizinische Informatik der Columbia University. Ich verwende hauptsächlich echokardiographische Daten und baue Deep-Learning-Modelle, um Herz-Kreislauf-Erkrankungen in früheren Stadien zu erkennen. Wir automatisieren den gesamten Prozess des Lesens echokardiographischer Bilder und Clips. Diese Modelle helfen Kardiologen dabei, die Echos schnell zu lesen und Krankheiten wie Aortenstenose zu diagnostizieren.

Wenn Sie maschinelles Lernen oder statistische Modelle zur Lösung von Problemen erstellen, müssen Sie das Problem gut definieren und eine klare Frage und Hypothese aufstellen

Dabei nutze ich sowohl meine physikalischen Kenntnisse als auch die technischen Fähigkeiten, die ich mir im akademischen Bereich angeeignet habe. Wenn Sie maschinelles Lernen oder statistische Modelle zur Lösung von Problemen erstellen, müssen Sie das Problem gut definieren und eine klare Frage und Hypothese aufstellen, wobei mein physikalischer Hintergrund hilfreich ist. Außerdem muss ich meine Computerkenntnisse nutzen, um die Daten vorzuverarbeiten und zu analysieren.

Nachdem ich einen guten Datensatz habe, verwende ich die Mathematik, die ich in der Graduiertenschule gelernt habe, um den besten Algorithmus für den Aufbau des Modells zu finden. Skeptisch zu sein ist eine weitere Sache, die ich aus meiner Zeit als Physiker übernommen habe – zum Beispiel:  Wir müssen die Modelle in klinischen Studien testen, daher ist es sehr wichtig sicherzustellen, dass sie gute Ergebnisse liefern.

<a data-fancybox data-src="https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/from-cosmic-rays-to-cardiology-physics-world-2.jpg" data-caption="KI in der Kardiologie Azadeh Keivani arbeitet nun an der Entwicklung von Deep-Learning-Modellen mithilfe echokardiographischer Daten, wie dem hier abgebildeten Scan, um Herz-Kreislauf-Erkrankungen in früheren Stadien zu erkennen. (Mit freundlicher Genehmigung von Shutterstock/PIJITRA PHOMKHAM)“ title=“Klicken Sie hier, um das Bild im Popup zu öffnen“ href=“https://platoblockchain.com/wp-content/uploads/2024/02/from-cosmic-rays-to-cardiology- „physics-world-2.jpg“>

Außerdem verwenden wir viele physikalische Konzepte in der Kardiologie und im Gesundheitswesen im Allgemeinen. Beispielsweise müssen Sie den Doppler-Effekt nutzen, wenn Sie Signale vom Herzen senden und empfangen. Anhand der Geschwindigkeit und Frequenz des Signals können Sie die Geschwindigkeit des Blutes berechnen.

Ein weiteres interessantes Beispiel aus meiner Zeit bei MSK war, als ich bemerkte, dass ein ehemaliger Kollege aus der Teilchenastrophysik online über Forscher am MSK gepostet hatte, die den Cherenkov-Effekt in ihrer bildgebenden Technik zur Tumorerkennung genutzt hatten. Ich habe ihn kontaktiert und wir haben alle zusammen telefoniert. Es war sehr interessant, weil er Teilchenastrophysiker ist und die anderen beiden Leute ein Biologe und ein Onkologe waren und ich dazwischen lag. Das löste eine Zusammenarbeit zwischen unserem Team bei MSK und dem anderen Team bei MSK aus, weil ich einige Ideen für ein maschinelles Lernmodell für ihre Daten hatte.

Im Jahr 2023 wurden Sie mit dem Preis der American Physical Society (APS) ausgezeichnet. Lehrauftrag für das Forum für Industrielle und Angewandte Physik (FIAP).. Könnten Sie mir etwas über diese Arbeit erzählen?

Nachdem ich meine Karriere im Gesundheitswesen begonnen hatte, begann ich darüber nachzudenken, Vorlesungen für Doktoranden und Postdoktoranden zu halten, um ihnen meine Geschichte zu erzählen. Ich wollte über meine Erfahrungen innerhalb und außerhalb der Wissenschaft sprechen, die Vor- und Nachteile mitteilen, über die ich nach meinem Weggang nachgedacht habe, und Menschen dazu ermutigen, über ihren eigenen, einzigartigen Karriereweg nachzudenken.

Ich habe vier Universitäten besucht und Vorträge gehalten, und ich konnte mich in diesen wunderbaren Studenten wiederfinden und sehen, wie alltäglich unsere Sorgen und Herausforderungen sind. Ich wollte auch internationalen Studierenden helfen, die auf dem Weg zu einem sesshafteren Status in den USA über Visa nachdenken müssen.

Als ich den FIAP-Preis erhielt, war ich sehr aufgeregt, weil ich jetzt mehr Möglichkeiten habe, verschiedene Schulen zu besuchen und Schüler dazu zu inspirieren, über den Tellerrand zu schauen. Ein Teil dieser Auszeichnung besteht darin, Vorträge in mindestens drei Instituten zu halten, darunter auch in einer unterversorgten Schule. Ich wurde dazu eingeladen APS-Märztreffen, wo ich meine Auszeichnung entgegennehme und außerdem einen eingeladenen Vortrag über meine Reise und meine Ratschläge zu Karrieremöglichkeiten für Physiker halten werde.

Was raten Sie Studierenden, die heute anfangen? Was wissen Sie jetzt, was Sie zu Beginn Ihrer Karriere gerne gewusst hätten?

Ich erinnere mich, dass die meisten von uns, die Astronomie-Doktoranden waren, während meines Studiums nur Astronomie-Seminare besuchten. Wenn Sie an einem Thema arbeiten und wirklich gut darin werden möchten, dann möchten Sie vielleicht jede einzelne Minute nutzen, um sich auf dieses Thema zu konzentrieren. Die Einschränkung besteht darin, dass Sie sich so konzentrieren, dass Sie möglicherweise neue Erkenntnisse und Perspektiven vergessen. Die Entwicklung neuer Ideen geschieht nicht im Alleinsein. Es passiert, wenn Sie den Gedanken, der Arbeit und den Erfahrungen anderer Menschen ausgesetzt sind.

Es ist nicht möglich, bei jedem Vortrag dabei zu sein, aber wenn ich wieder Student wäre, würde ich auf jeden Fall mehr Seminare besuchen und andere naturwissenschaftliche Abteilungen auf dem Campus erkunden. Manchmal halten Redner allgemeinere Vorträge, die nicht unbedingt sehr technisch sind, sodass Sie möglicherweise die Hälfte eines Vortrags über ein anderes Fachgebiet verstehen und deren Ansatz verstehen. Vielleicht gehen Sie sogar zu einer Kunstaufführung und entwickeln eine neue Idee zu Ihrer eigenen Arbeit oder stellen fest, dass Sie sich für einen Bereich wie das Finanzwesen oder die Spielebranche interessieren. Halten Sie also die Augen offen und seien Sie aufgeschlossen.

Ich erinnere mich, dass ich am Ende des Graduiertenstudiums großen Druck verspürte und mir Sorgen machte, einen Postdoc zu finden. Sie müssen bedenken, dass Sie viele Fähigkeiten entwickelt haben und über viel Wissen und Erfahrung verfügen. Sie werden immer in der Lage sein, einen Job zu finden und nicht nur zu überleben, sondern auch erfolgreich zu sein. Du musst nur an dich selbst glauben und du kannst erstaunliche Dinge tun. Sie können die Person sein, die etwas Neues entdeckt oder etwas für andere Menschen schafft. Das sind also kritische, entscheidende Momente im Leben. Obwohl sie beängstigend sind, können sie dich dazu bringen, die beste Version deiner selbst zu werden.

Schließlich gibt es in jeder Karriere und im Leben im Allgemeinen Momente, in denen man enttäuscht ist und das Gefühl hat, keinen Erfolg zu haben. Du denkst vielleicht, dass du keinen Job findest oder dass du in einer Sache nicht gut bist. Das ist völlig normal und eigentlich keine schlechte Sache. Es bedeutet, dass Sie Ihre Werte überdenken und diese Gelegenheit nutzen können, um Ihren nächsten Schritt zu finden. Denken Sie nicht, dass es das Ende der Welt ist. Es ist der Beginn eines neuen Kapitels.

• Dieser Artikel wurde zuerst in veröffentlicht APS-Karrieren, ein Leitfaden, herausgegeben von Physik-Welt im Namen der American Physical Society. Den vollständigen Leitfaden können Sie online lesen

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