Federico Battiston, de Italiaanse natuurkundige die de meest begeerde prijs in de netwerkwetenschap won

Alles is netwerk. Sociale netwerken, maar dat niet alleen. Netwerken bestaan ​​in de hersenen , in jagers-verzamelaarsdorpen op de Filipijnen, in mondiale economische systemen en in afgesloten kamers van escape rooms. Onzichtbare netwerken die bepalen wie we zijn en wat we kiezen. En er is een wetenschap die ze bestudeert. Het wordt netwerkwetenschap genoemd, of de wetenschap van netwerken, en het probeert te begrijpen hoe relaties tussen mensen, neuronen en instellingen collectief gedrag beïnvloeden .

«Wat in deze systemen, die uit zeer verschillende componenten bestaan, van belang is, zijn hun interacties ». Het is binnen deze subtiele architectuur dat Federico Battiston werkt. Hij houdt zich bezig met statistische fysica, "dat wil zeggen de fysica van vele objecten". Hij is een Italiaanse professor die onlangs de Erd?s-Rényi-prijs heeft gewonnen, de meest prestigieuze erkenning op dit gebied. Deze prijs is vernoemd naar twee Hongaarse wiskundigen die eind jaren vijftig de eerste netwerkmodellen hebben uitgevonden. Een soort kleine Fields-medaille voor netwerkwetenschap.

Battiston gaf een sterke impuls aan de netwerktheorie, waarin de verbindingen tussen paren van individuen beperkt zijn, zoals bijvoorbeeld in sociale netwerken. In plaats daarvan moeten we kijken naar groepen, collectieve interacties, momenten waarop de invloed niet van één persoon, maar van velen afkomstig is.

De 36-jarige Battiston is universitair hoofddocent aan de Central European University in Wenen. Hij leidt het doctoraatsprogramma in netwerkwetenschappen , het enige in zijn soort in Europa. Hij coördineert een onderzoeksgroep van acht mensen, waaronder promovendi en postdocs, van over de hele wereld: Indiërs, Chinezen, Brazilianen, Zuid-Afrikanen en natuurlijk Italianen.

Netwerkwetenschap is een interdisciplinair vakgebied dat zich bezighoudt met de studie van alle systemen die we als netwerken kunnen voorstellen.

« Niet alleen sociale netwerken, maar ook ecologische en biologische systemen zoals de hersenen, transportsystemen, economische uitwisselingen of politieke allianties. Ze kunnen allemaal worden afgebeeld als netwerken, dat wil zeggen een verzameling van elementen, de zogenaamde knooppunten , en verbindingen die hun interacties beschrijven. Hoewel ze van elkaar verschillen - mensen verschillen bijvoorbeeld van elementen zoals neuronen of naties - hebben deze systemen ook talrijke gemeenschappelijke eigenschappen die juist verband houden met hun interactie-structuur. En het is juist door de bestudering van hun architectuur kunnen we complex emergent gedrag begrijpen, zoals in het geval van de verspreiding van epidemieën onder een bevolking, of een epileptische aanval, die optreedt wanneer onze hersenen te veel synchroniseren».

Romano , klassieke middelbare school, graad in theoretische natuurkunde van Sapienza. Twee examens bij Giorgio Parisi, Nobelprijswinnaar voor natuurkunde op het gebied van complexe systemen in 2021. Dan vertrekt hij: naar Londen voor een doctoraat in de wiskunde bij Vito Latora, een van de pioniers van de netwerkwetenschap. Daarna gaat hij neurowetenschappen studeren in Parijs , antropologie in Zürich en drie jaar in Boedapest .

«Mobiliteit is bijna een noodzakelijke voorwaarde voor een academische carrière. Ik denk dat ik goede resultaten heb kunnen behalen omdat ik de kans heb gehad om in verschillende laboratoria te werken. Maar verhuizen is een moeilijke keuze, die compromissen vereist, zelfs sterke, op persoonlijk vlak." Battiston woont sinds 2020 in Wenen .

Netwerkwetenschap is alomtegenwoordig in het dagelijks leven. Veel concepten uit dit vakgebied zijn inmiddels gemeengoed geworden. Hoe vaak heb je gehoord over de kleine wereld , de beroemde zes handdrukken die iedereen met elkaar verbinden, de zes graden van scheiding of superverspreiders die een virus sneller verspreiden dan anderen?

«Dit zijn allemaal concepten die uit de netwerktheorie komen. Tegenwoordig zijn de algoritmes die ons adviseren wat we moeten lezen of wie we moeten volgen op sociale media gebaseerd op netwerktheorie. Echter, een verkeerd gebruik van deze algoritmes kan leiden tot negatieve gevolgen, zoals de vorming van 'echo chambers' , online omgevingen waarin we bijna alleen maar omgaan met mensen die denken zoals wij, en we eindigen met het versterken en polariseren van onze vooroordelen».

In financiële systemen is het concept ' too big to fail' inmiddels vervangen door 'too interconnected to fail' : "De totale blootstelling van een bedrijf of financiële instelling is geen voldoende parameter om het risico van een systemische crisis vast te stellen. Om te begrijpen hoe het faillissement van een bank kan leiden tot een reeks van opeenvolgende faillissementen, is het noodzakelijk om de complexe financiële relaties tussen verschillende instellingen te beschouwen."

Als we kijken naar Covid , dan heeft netwerkwetenschap fundamentele bijdragen geleverd aan de epidemiologie. Door gebruik te maken van echte gegevens over sociale contacten en mobiliteit, kunnen we veel nauwkeurigere voorspellingen doen over het verloop van epidemieën, vergeleken met de traditionele benaderingen die gebaseerd zijn op wiskundige vergelijkingen. Die veronderstellen ten onrechte dat iedereen evenveel risico loopt op besmetting, zonder rekening te houden met hun specifieke interacties. Ten slotte produceren algoritmen voor kunstmatige intelligentie steeds effectievere medicijnen door nieuwe combinaties van werkzame stoffen te identificeren."

Maar netwerkwetenschap begint soms ook in een escape room .

«We verzamelden gegevens over de interacties tussen mensen tijdens het spel en keken vervolgens wie er won en waarom. Wie nam de beslissingen, wie stond centraal in het sociale netwerk, wie droeg echt bij aan de oplossing. Een nuttige manier om te begrijpen wat een team effectief maakt en welke interactie-structuren zorgen voor betere samenwerking en prestaties».

Het netwerk verschijnt ook in de jagers-verzamelaarsdorpen in de Filipijnen of Congo. Waar niets is. Er is geen televisie, telefoon of internet. «Binnen deze bevolkingsgroepen wordt kennis, zoals het gebruik van bepaalde planten voor medische doeleinden, van familie op familie doorgegeven. Zelfs ons microbioom is afhankelijk van onze sociale interacties. In een recent onderzoek in Science hebben we aangetoond dat chimpansees ook tekenen van culturele accumulatie vertonen, die het gevolg zijn van de overdracht van kennis tussen verschillende generaties. Dit is een kenmerk dat tot voor kort werd beschouwd als een voorrecht van onze soort. We hebben dit onderzoek gekoppeld aan de verspreiding van culturele kenmerken en genetische afstand tussen verschillende populaties over de hele wereld. Chimpansees zullen nooit een computer bouwen, maar misschien zijn wij mensen toch niet zo bijzonder..."

Netwerkwetenschap is ook toepasbaar op klimaatverandering . «We kunnen bijvoorbeeld het bewustzijn over klimaatverandering vergroten door middel van collectieve actie, gestimuleerd door passende sociale interacties».

Er is een jonge ingenieur die CT-scanbeelden bestudeert om machines te leren deze beter te lezen. Ze is pas 25 jaar oud, een expert in wiskundige modellen en ze is ervan overtuigd dat de klinische waarde van die gegevens veel groter is dan wat wij nu kunnen benutten. Haar naam is Angelica Iacovelli en ze houdt zich bezig met meer dan alleen onderzoeksprojecten. Hij ontwikkelde algoritmes met een specifiek doel: het automatiseren van CT-scananalyses in de oncologie, een proces dat in veel ziekenhuizen nog steeds handmatig wordt uitgevoerd en waarvan fundamentele beslissingen afhangen. Ten eerste: het soort zorg.

Hij studeerde aan de Polytechnische Universiteit van Milaan, deed onderzoek aan Stanford, richtte een startup op in de Verenigde Staten en werkt tegenwoordig tussen Milaan en San Francisco. Hij werkt samen met oncoloog Michele Ghidini van het Policlinico van Milaan en heeft een droom: «Ervoor zorgen dat onderzoek niet in papieren blijft hangen, maar een echt instrument wordt in de handen van artsen».

Het is een wonder om haar te horen spreken.

"We hebben software ontwikkeld waarmee we de analyse van CT-beelden automatiseren en belangrijke gegevens extraheren die we vandaag de dag niet gebruiken. Van deze meetgegevens bepalen we bijvoorbeeld de skeletspiermassa. Juist aan de hand van deze maatstaf bepalen we of een oncologiepatiënt sarcopenie heeft." Hij legt precies uit dat sarcopenie een ziekte is waarbij spieren en kracht verloren gaan en dat het volgens de nieuwste wetenschappelijke studies verband houdt met een verslechtering van de behandelresultaten en een hogere mortaliteit. "Tegenwoordig worden deze analyses handmatig uitgevoerd of met tools die bedoeld zijn voor onderzoek en niet bruikbaar zijn in de klinische praktijk (ze hebben een zeer hoge foutmarge). Niemand heeft nog klinisch bruikbare software ontwikkeld om sarcopenie rechtstreeks op CT-beelden te identificeren. Ons doel is precies dit: deze technologie in de kliniek brengen, met resultaten beschikbaar in minder dan 2 seconden en zonder tussenkomst van een externe expert, zoals een voedingsdeskundige."

Heeft iemand hier ooit eerder over nagedacht? «In de medische sector gaat innovatie heel langzaam. We botsen met regelgeving, politiek en lange tijdschema's . Het is moeilijk, want degenen die het proberen, geven het vaak op. Maar iemand moet het doen. En als niemand het doet, doe ik het wel."

Angelica werkt met wiskundige modellen en algoritmen voor kunstmatige intelligentie die worden toegepast op medische beeldanalyse. «Ik maak onder andere gebruik van neurale netwerken en segmentatietechnieken op basis van Hounsfield Units (dichtheidswaarden die voorkomen in CT-scans) om automatisch verschillende lichaamsweefsels te onderscheiden, zoals spieren, visceraal en onderhuids vet, en hieruit klinisch relevante meetgegevens af te leiden».

Zijn verhaal begint in Bari. Hij groeide op tussen Grumo Appula en Palo del Colle, twee steden in het binnenland van Bari. Enig kind, van eenvoudige komaf. «Mijn vader was conciërge, mijn moeder zorgde voor het huishouden. We hadden nooit veel middelen, we hebben grote offers gebracht om te studeren."

Na de middelbare school koos hij voor de studie Civiele Techniek aan de Polytechnische School van Milaan. Het is geen lineair pad: "Op een gegeven moment kwam ik erachter dat ik beton ging bestuderen en ik besefte dat dat niet was wat ik wilde doen." Hij stopt, denkt na, verandert. Hij schreef zich in voor de studie Wiskundige Technologie: "Ik vond het een goed idee om solide tools te verwerven, die ik vervolgens in verschillende vakgebieden kon toepassen - biomedische technologie, financiën, statistiek". Tijdens zijn universiteitsjaren won hij verschillende beurzen en ging hij naar het buitenland: een jaar naar Spanje en een jaar naar India. Dan studeert hij af en doet zich de kans voor die alles verandert: hij mag onderzoek doen aan Stanford. «Toen al moest ik op zoek naar geld om te kunnen verhuizen. Ik begon met iedereen te praten, overal te schrijven en ik solliciteerde naar elke mogelijke beurs, zelfs naar de beurzen waar ik niet voor in aanmerking kwam."

Uiteindelijk werd ze geselecteerd door de Ermenegildo Zegna Founder's Scholarship, die haar ondersteunde voor een onderzoeksperiode aan Stanford. Daar werkt hij aan computermodellen om het cardiovasculaire systeem te simuleren, gebaseerd op grafieken en kunstmatige intelligentie. En wint de BHI-award. "We hebben een digitale tweeling ontwikkeld van de bloedstroom in het cardiovasculaire systeem : een AI-model dat het gedrag van het cardiovasculaire systeem op gepersonaliseerde wijze voor elke patiënt kan simuleren. Ik heb LSTM-neurale netwerken (Long Short-Term Memory) gecombineerd met grafische neurale netwerken, wat verbeteringen opleverde ten opzichte van eerdere methoden. Maar het meest indrukwekkende is de snelheid: met traditionele methoden zijn urenlange berekeningen op supercomputers nodig om zelfs maar één hartslag te simuleren, maar ons model kan dat in een paar seconden.

Een ervaring die haar veel dingen laat begrijpen. «Ik besefte dat we heel krachtige tools konden bouwen. Maar ik wilde dat ze echt gebruikt zouden worden en impact zouden hebben." Dus Iacovelli begint contacten te leggen en te praten met mensen die in de startupwereld werken. Hij ontvangt opnieuw een beurs van Des Traynor, medeoprichter van Intercom, een eenhoorn in Silicon Valley.

Vervolgens sluit hij zich aan bij Lead the Future , een netwerk van Italiaanse talenten in de STEM-wereld, dat is opgezet om mentoren en mentees met elkaar in contact te brengen. Daar ontmoet hij oncoloog Ghidini. «Hij vertelde urenlang over de concrete problemen die artsen dagelijks op de afdeling tegenkomen. Er ging een compleet nieuwe wereld voor me open. Ik heb contact opgenomen met honderden andere oncologen, in Italië en in het buitenland, om te verifiëren of het een gedeeld probleem was. En ik kwam erachter dat dat zo was."

In de zomer van 2024 richtte Angelica Nucleo Research op in Silicon Valley . De validatiefase start.

De volgende stappen in hun werk zijn cruciaal. «We willen een softwareprogramma in de klinische praktijk brengen waarmee tumorlaesies automatisch kunnen worden gemeten en geclassificeerd in doelwit en niet-doelwit, goedaardig of kwaadaardig. In vrijwel alle ziekenhuizen worden de metingen nog handmatig uitgevoerd.

Ondertussen bereidt Angelica de eerste financieringsronde met internationale investeerders voor. «Ik ben op zoek naar een aantal ondersteuningsmogelijkheden van internationale instanties die geïnteresseerd zijn in het project».

Het is ook een persoonlijke kwestie die haar drijft. «Ik ben opgegroeid in een context waarin de ziekte aanwezig was en ik nooit controle had over iets. Mijn moeder stierf een paar jaar geleden aan een agressieve tumor. Mijn vader lijdt aan spierdystrofie. Vandaag is hij bewusteloos. Als ik de loop der dingen niet kan veranderen, zal ik in ieder geval proberen de manier waarop we ermee omgaan te veranderen."

Angelica leidt ook de communicatie voor iTAL Foundation , een non-profitorganisatie die bruggen bouwt tussen Italiaans talent en Silicon Valley.

Zijn wetenschappelijke visie is helder. «Detectiemodellen zijn tegenwoordig al enorm geavanceerd. Ik geloof dat de technologie niet langer het knelpunt is. Het probleem zit in alles wat daarna komt: wettelijke belemmeringen, gegevensbescherming, lange doorlooptijden, integratie in klinische processen. De arts moet kunnen vertrouwen op hulpmiddelen die de operatie kunnen verstoren. Het is niet onze bedoeling om hem te vervangen, maar om hem een ​​extra hulpmiddel te geven. En zorg dat het betrouwbaar is."

Wat heeft echt het verschil gemaakt in jouw leven?

«De wens om iets van mijzelf te maken. In de onderzoekswereld of bij grote bedrijven ben je vaak onderdeel van een radertje. Ik wil een directe, echte impact hebben, zien hoe een idee verandert in iets dat werkt. Ik ben bijna geobsedeerd door mijn project. Het komt voor mij op de eerste plaats. En als ik mijn kansen op succes wil vergroten, moet ik in Silicon Valley zijn. Als je in San Francisco bent en je gaat naar een evenement, vraagt ​​niemand je: Hoe gaat het met je? De eerste vraag die je hoort is: wat ben je aan het bouwen? Bovendien heb je in Italië altijd het gevoel dat je een "te jong" meisje bent en krijg je geen geloofwaardigheid. Als je zegt: ik wil kanker genezen, reageren ze met ironie of met: “Wat zeg je?”. Als ik dezelfde zin in Californië zeg, is het antwoord: "Geweldig! Hoe ben je van plan dat te doen? Kan ik je helpen?"

Wij, jongeren, kunnen jullie inspireren. We kunnen de wereld veranderen, en dat kunnen we doen zonder de traditionele paden te bewandelen. Wij hebben vertrouwen nodig. Daarom zeg ik tegen mijn collega's dat ze zich niet moeten laten ontmoedigen door pessimisme. Het is niets meer dan een verdedigende aanpak, een beschermend schild, een manier om risico's te vermijden. Maar de toekomst bouw je niet door veilig te blijven."

Battiston heeft in zijn carrière op veel verschillende plekken gewerkt. Maar nooit in Amerika. «Ik heb een aantal maanden op de middelbare school in de VS doorgebracht en daarna veel gereisd. Maar ik ben geen grote fan van het Amerikaanse onderzoekssysteem. Dat is meer gebaseerd op competitie (in de Darwinsche zin van 'survival of the fittest') dan op samenwerking. In Europa hebben we minder grondstoffen, maar op ambachtelijk vlak slagen we erin om met het weinige dat we hebben, toch goed om te gaan. De Erdos-Renyi-prijs wordt vrijwel altijd gewonnen door onderzoekers die Amerikaans zijn of in de Verenigde Staten wonen. En vandaag de dag beschouw ik deze prijs als een erkenning van onze Europese gemeenschap, die fundamentele bijdragen heeft geleverd aan de netwerkwetenschap. En over de Italiaanse universiteiten voegt hij toe: 'Dezelfde kritische kwesties die in Italië in de kranten worden belicht, zijn ook in het buitenland vaak te vinden, aangewakkerd door hogere financiering.' Het PNRR-geld heeft ons land weer op de rails gekregen, maar nu hebben we structuurfondsen nodig om te consolideren wat er is bereikt."

Zou je terugkeren naar Italië?

«Als er interessante voorstellen binnenkwamen, luisterde ik er aandachtig naar. Momenteel liggen mijn contacten met Italianen op sportief gebied. Ik maak deel uit van het nationale mastersteam van 33-plussers in Ultimate Frisbee, een prachtige sport die ik iedereen aanraad die eens iets anders wil proberen." En dan voegt hij eraan toe: "Ieder van ons zou een gebied moeten vinden waar we gepassioneerd over zijn. En tijd moeten doorbrengen met experts, begeleiders en mentoren. Want, zoals netwerkwetenschap leert, vereist de verspreiding van kennis interactie ."