The Art Of Mathematical Modeling

{h1}

Chris remien udforsker hvordan matematik kan forbinde ofte skjulte processer som sygdomsfremgang til målelige biologiske indikatorer.

Denne WordsSideKick.com artikel blev leveret til WordsSideKick.com i samarbejde med National Science Foundation.

Ikke alt, hvad vi ønsker at vide i biologi, måles direkte, enten fordi det gør det for dyrt eller simpelthen umuligt. I nogle tilfælde kan forskere se på biologiske "vejledninger", der kaldes biomarkører, for at aflede oplysninger. Læger kan for eksempel bruge tilstedeværelsen af ​​visse molekyler i blod eller væv til at diagnosticere eller forudsige sygdom. Proteinerne kendt som antistoffer er eksempler på biomarkører, der indikerer mulig infektion.

Chris Remien, en postdoktor ved Nationale Institut for Matematisk og Biologisk Syntese, bruger matematik til bedre at forstå, hvordan biologiske markører vedrører diæt af dyr og hvordan de metaboliserer næringsstoffer og toksiner. Fødevarer og vanddyr forbruger, forlader kemiske signaturer (biomarkører) i deres væv; metabolisme ændrer undertiden disse signaturer. Remien udvikler matematiske modeller for at forstå, hvordan metabolismen kan ændre biomarkørerne.

Remiens modeller hjælper også læger med at vurdere omfanget af leverskade efter overdosis af acetaminophen (den aktive ingrediens i nogle smertestillende lægemidler), hvilket er afgørende for at bestemme patientens overlevelse.

Du kan læse mere om Remiens forskning her. Herunder besvarer han vores 10 spørgsmål.

Navn: Chris Remien
Alder: 30
Institution: National Institute for Mathematical and Biological Synthesis
Hjemby: Ishpeming, Mich.
Studieområde: Matematisk biologi

Hvad har inspireret dig til at vælge dette fagområde?

Jeg har altid nydt problemløsning, hvilket er det, der oprindeligt trak mig til matematik. Over tid blev jeg mere tiltrukket af problemer med rod i den virkelige verden, i data. Biologi spørger måske de største og mest spændende spørgsmål i den virkelige verden, de der relaterer til livet. Livets kompleksitet betyder, at intuition alene er ofte ikke nok, og matematik og simulering kan til tider komme til undsætning. Det er en spændende tid at være en kvantitativ person, der spørger biologiske spørgsmål.

Hvad er det bedste råd du nogensinde har modtaget?

Stol på din tarm. En stor del af modelleringen er simpelthen at finde ud af, hvad der skal modelleres, hvad der er vigtigt for det aktuelle spørgsmål. For de bedste problemer har du en dyb følelse af, at flere oplysninger kan afsløres gennem modellering, selvom du endnu ikke kan se præcis, hvordan det skal gøres.

Hvad var dit første videnskabelige eksperiment som barn?

Jeg tilbragte meget tid på at spille udenfor som barn, hvilket førte mig til at undre sig over, hvorfor tingene var som de var. Hvorfor vokser disse træer her, og andre vokser andetsteds? Vi ville fange tadpoles, sætte dem i vores baggård dam og se dem blive til frøer. At bruge tid udenfor har ført til en fascination med den naturlige verden, der fortsætter til denne dag.

Hvad er din favorit ting om at være videnskabsmand eller forsker?

Jeg elsker hvordan matematik giver os mulighed for at se det uundgåelige. Hvis vi er kloge nok, kan matematiske modeller bruges til at få information om ting, der er umulige at måle direkte, hvilket er meget spændende. Jeg har været heldig at arbejde med en række mennesker, fra økologer til læger, og stiller meget forskellige spørgsmål. Matematik fremhæver ligheder mellem dem.

Hvad er den vigtigste egenskab, som en videnskabsmand skal demonstrere for at være en effektiv videnskabsmand?

Kreativitet. De mest interessante spørgsmål kræver helt nye tilgange. De mest kreative mennesker er som regel de, der driver et felt i nye og spændende retninger.

Hvad er de samfundsmæssige fordele ved din forskning?

Forskning på stabile isotopforhold har allerede set en række interessante resultater. I et tilfælde førte forståelsen af ​​stabile isotopforhold mellem hår til identifikation af et mordoffer ved at bestemme hendes rejsehistorie. Det viser sig, at stabile isotopforhold mellem ilt og brint i vand varierer med geografi på kontinental skala, og fordi de stabile isotopforhold i drikkevand bliver inkorporeret i hår, afsløres en rekordhistorie ved at se på isotopsammensætningen af hovedbund hår.

Et andet eksempel på brugen af ​​stabile isotopforhold kan findes i troperne, hvor træagtige planter og græs, der bruger forskellige typer fotosyntese, har meget forskellige carbonisotopforhold. Vi har brugt stabile isotoper til at kvantificere afrikansk elefantdiæt over tid, da det relaterer til nedbørshistorie, som er nyttig information til elefantbevarelse. Efter regn falder græsser mere rigeligt og udgør en større del af en elefants kost. Ved at bruge carbonisotoper i hår kan vi se præcis, hvor meget græs disse dyr spiser, og hvordan deres diæt ændres med ændringer i nedbør.

Tilsvarende har vi brugt kulstofisotoper i fossile jordbund til at bestemme den brøkdel af træagtige dækningssteder, der bærer hominin fossiler, et problem der har konsekvenser for vores arts historie. Fordi træagtige planter og græs har meget forskellige carbonisotopforhold, er der et stærkt forhold mellem carbonisotopforholdene for jord og en del af træagtige dæk.

I andre undersøgelser vil mit arbejde med acetaminophen overdosis forhåbentlig have en direkte indflydelse på, hvordan læger læser acetaminophen overdosis patienter.Vores modelleringsindsats giver indsigt i karakteren af ​​dynamikken i en overdosis og forhåbentlig vil det være bedre at lede læger til at bestemme, om en patient vil kræve en levertransplantation til overlevelse.

Hvem har haft størst indflydelse på din tænkning som forsker?

Jeg er stærkt gældsløs over for mine graduate school mentorer Fred Adler og Thure Cerling, som lærte mig kunsten kreativ problemløsning.

Hvad med dit felt eller at være videnskabsmand tror du, ville overraske folk først?

Jeg tror ikke, det er ofte værdsat, at matematisk modellering er en kunst. En god model er forudsigelig og nyttig, men giver også indsigt i de underliggende processer.

Hvis du kun kunne redde en ting fra dit brændende kontor, hvad ville det være?

Min troværdige Macbook og en fuld kop kaffe.

Hvilken musik spiller du oftest på dit kontor eller bil?

Alt fra Modest Mouse til Johnny Cash til klassisk, afhængigt af stemningen i dag.

Redaktørens note: Forskerne afbildet i WordsSideKick.com artikler er blevet støttet af National Science Foundation, det føderale agentur belastet med finansiering af grundlæggende forskning og uddannelse på tværs af alle områder inden for videnskab og teknik. Eventuelle udtalelser, konklusioner og konklusioner eller anbefalinger udtrykt i dette materiale er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis Nationale Videnskabsstiftelsens synspunkter. Se WordsSideKick.com arkiv.


Video Supplement: Mathematical Modeling | Moatassem Abdelhaleem | TEDxSmouha.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com