Федерико Баттистон, итальянский физик, который выиграл самую желанную премию в области сетевой науки

Все сетевое. Социальные сети и не только. Сети существуют в мозге , в деревнях охотников и собирателей на Филиппинах, в глобальных экономических системах, в запертых комнатах квестов. Невидимые сети, которые определяют, кто мы и что мы выбираем. И есть наука, которая их изучает. Это называется сетевой наукой или наукой о сетях, и она пытается понять, как отношения между людьми, нейронами и институтами влияют на коллективное поведение .

«В этих системах, состоящих из очень разных компонентов, важны их взаимодействия ». Именно в таких тонких архитектурных решениях работает Федерико Баттистон . Он занимается статистической физикой, «то есть физикой многих объектов», итальянский профессор , которому недавно была присуждена премия Эрдёша–Реньи, самое престижное признание в этой области, названное в честь двух венгерских математиков, которые изобрели первые сетевые модели в конце 1950-х годов. Своего рода маленькая медаль Филдса за сетевую науку.

Баттистон дал мощный импульс развитию теории сетей, в которой связи ограничены между парами индивидуумов, как, например, в социальных сетях. Вместо этого нам нужно рассматривать группы, коллективные взаимодействия, моменты, в которых влияние исходит не от одного, а от многих.

Тридцатишестилетний Баттистон — доцент Центрально-Европейского университета в Вене. Он руководит докторской программой по сетевым наукам , единственной в своем роде в Европе. Он координирует исследовательскую группу из восьми человек, включая аспирантов и постдоков со всего мира: индийцев, китайцев, бразильцев, южноафриканцев и, конечно же, итальянцев.

Сетевая наука — это междисциплинарная область , занимающаяся изучением всех тех систем, которые мы можем представить в виде сетей .

« Не только социальные сети, но и экологические, биологические системы, такие как мозг, транспортные системы, экономические обмены или политические союзы. Все они могут быть отображены в виде сетей, то есть совокупности элементов, так называемых узлов , и связей, описывающих их взаимодействия. Хотя они и отличаются друг от друга — например, люди отличаются от таких элементов, как нейроны или нации, — эти системы также имеют многочисленные общие свойства, связанные именно со структурой их взаимодействия. И именно изучение их архитектуры позволяет нам понять сложное эмерджентное поведение, например, в случае распространения эпидемий в популяции или эпилептического приступа, который возникает, когда наш мозг слишком сильно синхронизируется».

Романо , классическая средняя школа, степень по теоретической физике в университете Сапиенца. Два экзамена у Джорджио Паризи, лауреата Нобелевской премии по физике в области сложных систем 2021 года. Затем он уезжает: в Лондон, чтобы получить докторскую степень по математике у Вито Латора, одного из пионеров сетевой науки. Затем он переходит на изучение нейронауки в Париже , антропологии в Цюрихе и три года в Будапеште .

«Мобильность — почти необходимое условие для карьеры в академической сфере. Я думаю, что мне удалось добиться хороших результатов, потому что у меня была возможность работать в различных лабораториях. Но переезд — это трудный выбор, требующий компромиссов, пусть даже и серьезных, на личном уровне». Баттистон живет в Вене с 2020 года.

Сетевая наука широко применяется в повседневной жизни. И многие концепции этой дисциплины теперь вошли в обиход. Сколько раз вы слышали о том, что мир тесен , о знаменитых шести рукопожатиях, которые связывают всех, о шести степенях разделения или о суперраспространителях , которые распространяют вирус быстрее других?

«Все эти концепции исходят из теории сетей. Сегодня алгоритмы, которые советуют нам, что читать или за кем следить в социальных сетях, основаны на теории сетей. Однако неправильное использование этих алгоритмов может привести к негативным последствиям, таким как образование «эхо-камер» — онлайн-сред, где мы взаимодействуем практически только с людьми, которые думают так же, как мы, и в конечном итоге усиливаем и поляризуем наши предрассудки».

В финансовых системах концепция « слишком большой, чтобы обанкротиться» теперь заменена концепцией «слишком взаимосвязанный, чтобы обанкротиться» : «Общая подверженность компании или финансового учреждения не является достаточным параметром для оценки риска системного кризиса, но необходимо учитывать сложные финансовые отношения между различными учреждениями, чтобы понять, как крах банка может привести к серии «каскадных крахов»».

Если говорить о COVID , то сетевая наука внесла фундаментальный вклад в эпидемиологию. «Используя реальные данные о социальных контактах и ​​мобильности, можно получить гораздо более точные прогнозы о развитии эпидемий по сравнению с традиционными подходами, основанными на математических уравнениях, которые ошибочно предполагают, что все люди в равной степени подвержены риску заражения, не принимая во внимание их конкретные взаимодействия. Наконец, алгоритмы искусственного интеллекта производят все более эффективные лекарства, выявляя новые комбинации активных ингредиентов».

Однако сетевая наука иногда начинается в квест - комнате .

«Мы собирали данные о взаимодействии людей во время игры, а затем наблюдали, кто побеждал и почему. Кто принимал решения, кто был в центре социальной сети, кто действительно внес вклад в решение. Полезный способ понять, что делает команду эффективной, какие структуры взаимодействия позволяют добиться лучшего сотрудничества и производительности».

Сеть также появляется в деревни охотников и собирателей на Филиппинах или в Конго. Где нет ничего. Нет ни телевизора, ни телефона, ни Интернета. «В этих группах населения знания, такие как использование определенных растений в медицинских целях, передаются из семьи в семью. Даже наш микробиом зависит от наших социальных взаимодействий. В недавнем исследовании, опубликованном в журнале Science , связывая распространение культурных черт и генетическую дистанцию ​​между различными популяциями по всему миру, мы продемонстрировали, что шимпанзе также демонстрируют признаки культурного накопления, обусловленные передачей знаний между разными поколениями, что до недавнего времени считалось прерогативой нашего вида. Шимпанзе никогда не построят компьютер, но, может быть, мы, люди, не такие уж и особенные..."

Сетевая наука применима и к изменению климата . «Например, мы могли бы повысить осведомленность об изменении климата посредством коллективных действий, поощряемых соответствующим социальным взаимодействием».

Молодой инженер изучает снимки компьютерной томографии, чтобы научить машины лучше их считывать. Ей всего 25 лет, она эксперт в области математического моделирования, и она убеждена, что эти данные имеют гораздо большую клиническую ценность, чем мы можем использовать сегодня. Ее зовут Анжелика Яковелли, и ее деятельность выходит за рамки исследовательских проектов. Он разработал алгоритмы с конкретной целью: автоматизировать анализы КТ в онкологии — процесс, который до сих пор выполняется вручную во многих больницах и от которого зависят основополагающие решения. Прежде всего: тип ухода.

Он учился в Миланском политехническом университете, проводил исследования в Стэнфорде, основал стартап в США и сегодня работает в Милане и Сан-Франциско. Он сотрудничает с онкологом Микеле Гидини из Миланской поликлиники и мечтает: «Сделать так, чтобы исследования не оставались на бумаге, а становились реальным инструментом в руках врачей».

Слышать, как она говорит, — настоящее чудо.

«Мы разработали программное обеспечение, которое автоматизирует анализ изображений КТ для извлечения ключевых показателей, которые сегодня не используются. Например, среди этих показателей мы выделяем массу скелетных мышц. Именно по этому показателю мы определяем, страдает ли онкологический пациент саркопенией». Он четко объясняет, что саркопения — это заболевание, при котором теряется мышечная масса и сила, и что, согласно последним научным исследованиям, она коррелирует с ухудшением результатов терапии и более высоким уровнем смертности. «Сегодня эти анализы проводятся вручную или с помощью инструментов, разработанных для исследований и непригодных для использования в клинической практике (они имеют очень высокую погрешность). Никто еще не внедрил клинически действующее программное обеспечение для выявления саркопении непосредственно по изображениям КТ. Наша цель именно в этом: внедрить эту технологию в клинику, чтобы результаты были доступны менее чем за 2 секунды и без необходимости вмешательства внешнего эксперта, например, диетолога».

Кто-нибудь когда-нибудь задумывался об этом? «В сфере медицины инновации происходят очень медленно. Мы сталкиваемся с правилами, политикой, длительными сроками . Это трудно, поэтому часто те, кто пытается, сдаются. Но кто-то должен это сделать. И если никто этого не сделает, это сделаю я».

Анжелика работает с математическими моделями и алгоритмами искусственного интеллекта, применяемыми для анализа медицинских изображений. «Я использую, помимо прочего, нейронные сети и методы сегментации, основанные на единицах Хаунсфилда (значениях плотности, содержащихся в КТ-снимках), чтобы автоматически различать различные ткани тела, такие как мышцы, висцеральный и подкожный жир, и выводить клинически значимые показатели».

Его история начинается в Бари. Он вырос между Грумо Аппула и Пало дель Колле, двумя городами в глубинке Бари. Единственный ребенок, скромное происхождение. «Мой отец был дворником, мать занималась домом. У нас никогда не было много ресурсов, мы приносили большие жертвы ради учебы».

После окончания средней школы он выбрал специальность «Гражданское строительство» в Миланском политехническом институте. Это нелинейный путь: «В определенный момент я обнаружил, что изучаю бетон, и понял, что это не то, чем я хочу заниматься». Он останавливается, размышляет, меняется. Он поступил на факультет математической инженерии: «Мне понравилась идея получить надежные инструменты, чтобы затем применять их в разных областях — биомедицине, финансах, статистике». Во время учебы в университете он выиграл несколько стипендий, ездил за границу: один год в Испанию, один год в Индию. Затем он заканчивает университет, и появляется возможность, которая меняет все: заниматься исследованиями в Стэнфорде. «Уже в то время мне приходилось искать средства, чтобы переехать. Я начал общаться со всеми, писать везде, я подал заявки на все возможные стипендии, даже на те, на которые я не имел права».

В конечном итоге она была выбрана стипендией основателя Ermenegildo Zegna, которая поддержала ее в течение периода исследований в Стэнфорде. Там он работает над вычислительными моделями для моделирования сердечно-сосудистой системы на основе графиков и искусственного интеллекта. И выигрывает премию BHI. «Мы разработали цифрового двойника кровотока в сердечно-сосудистой системе : модель искусственного интеллекта, способную имитировать поведение сердечно-сосудистой системы персонализированным образом для каждого пациента. Я объединил нейронные сети с долговременной краткосрочной памятью (LSTM) с графовыми нейронными сетями, добившись улучшений по сравнению с предыдущими методами. Но самое впечатляющее — это скорость: для моделирования даже одного удара сердца традиционными методами могут потребоваться часы вычислений на суперкомпьютерах, наша модель может сделать это за несколько секунд».

Опыт, который помог ей понять многие вещи. «Я понял, что мы можем создать очень мощные инструменты. Но я хотел, чтобы они действительно использовались и оказывали влияние». Поэтому Яковелли начинает искать контакты, общаться с теми, кто работает в мире стартапов, и получает еще одну стипендию от Деса Трейнора, соучредителя Intercom, единорога в Кремниевой долине.

Затем он присоединяется к Lead the Future , сети итальянских талантов в мире STEM, созданной для объединения наставников и подопечных, и знакомится с онкологом Гидини. «Он часами рассказывал мне о конкретных проблемах, с которыми врачи сталкиваются каждый день в отделении. Это открыло мне совершенно новый мир. Я связался с сотнями других онкологов в Италии и за рубежом, чтобы проверить, является ли это общей проблемой. И я узнал, что это так».

Летом 2024 года Анжелика основала Nucleo Research в Кремниевой долине . Начинается этап проверки.

Следующие шаги в их работе имеют решающее значение. «Мы хотим внедрить в клиническую практику программное обеспечение для автоматизации измерения опухолевых поражений и их классификации на целевые и нецелевые, доброкачественные и злокачественные. Почти во всех больничных учреждениях измерения по-прежнему проводятся вручную».

Тем временем Анжелика готовит первый раунд сбора средств от международных инвесторов. «Я оцениваю некоторые возможности поддержки со стороны международных организаций, заинтересованных в проекте».

Это также ее личный мотив, который ею движет. «Я вырос в условиях, когда болезнь была налицо, и у меня никогда не было контроля над чем-либо. Моя мать умерла несколько лет назад от агрессивной опухоли. У моего отца мышечная дистрофия, сегодня он без сознания. Если я не могу изменить ход событий, я решил хотя бы попытаться изменить отношение к ним».

Анжелика также руководит отделом коммуникаций в iTAL Foundation , некоммерческой организации, которая налаживает связи между итальянскими талантами и Кремниевой долиной.

Его научное видение ясно. «Сегодняшние модели обнаружения уже чрезвычайно продвинуты. Я считаю, что узкое место больше не в технологиях. Проблема во всем, что следует за этим: нормативные барьеры, защита данных, длительные сроки выполнения заказов, интеграция в клинические процессы. Врач должен уметь доверять революционным инструментам. Наша цель — не заменить его, а дать ему дополнительный инструмент. И сделать его надежным».

Что действительно изменило вашу жизнь?

«Желание сделать что-то свое. Часто в мире исследований или в крупных компаниях вы являетесь частью механизма. Я хочу оказать прямое, реальное влияние, увидеть, как идея превращается в нечто работающее. Я почти одержим своим проектом. Это на первом месте в моей жизни. И если я хочу увеличить свои шансы на успех, мне нужно оказаться в Кремниевой долине. Когда вы в Сан-Франциско и идете на мероприятие, никто не спрашивает вас: «Как дела?» Первый вопрос, который вы слышите: что вы строите? Более того, в Италии ты всегда чувствуешь себя «слишком молодой» девушкой, и тебе не оказывают доверия. Если вы говорите: «Я хочу вылечить рак», они отвечают с иронией или: «Что ты говоришь?». Если я произнесу то же самое предложение в Калифорнии, ответ будет: «Отлично! Как вы планируете это сделать? Могу ли я вам помочь?».

Мы, молодые люди, можем вдохновить вас. Мы можем изменить мир, мы можем сделать это, даже не следуя традиционным путям. Нам нужно доверие. Вот почему я говорю своим коллегам, чтобы они не поддавались пессимизму. Что является не чем иным, как оборонительным подходом, защитным щитом, способом избежать рисков. Но будущее не строится на обеспечении безопасности».

За свою карьеру Баттистон успел поработать во многих местах. Но в Америке — никогда. «Я провел несколько месяцев в старшей школе в США и потом много путешествовал. Но я не большой поклонник американской исследовательской системы, которая основана больше на конкуренции (в дарвиновском смысле, на выживании сильнейших), чем на сотрудничестве. У нас в Европе меньше ресурсов, но в нашем ремесле мы умеем хорошо справляться с тем немногим, что у нас есть. Премию Эрдёша-Реньи почти всегда получают исследователи, которые являются американцами или проживают в США. И сегодня я рассматриваю эту награду как признание нашего европейского сообщества, внесшего фундаментальный вклад в сетевую науку. А по поводу итальянских университетов он добавляет: «Те же критические проблемы в Италии, на которые обращают внимание газеты, часто встречаются и за рубежом, подслащенные увеличением финансирования. Деньги PNRR помогли возродить нашу страну, но теперь нам нужны структурные фонды, чтобы закрепить достигнутое».

Вы бы вернулись в Италию?

«Если бы поступили интересные предложения, я бы их внимательно выслушал. В настоящее время мои отношения с итальянцами развиваются в спортивной сфере. Я вхожу в состав национальной сборной мастеров старше 33 лет по алтимат фрисби, прекрасному виду спорта, который я рекомендую всем, кто хочет попробовать что-то другое». А затем он добавляет: «Каждый из нас должен найти область, которая нам по душе. И проводить время с экспертами, руководителями и наставниками. Потому что, как учит сетевая наука, распространение знаний требует взаимодействия ».