شناخت حالات بیماری به یاری ریاضی - وبلاگ کشتی گیران

به گزارش وبلاگ کشتی گیران، دکتر آنجلا رینولدز در زمینه تبدیل ریاضی به بیولوژی و بیولوژی به ریاضی فعالیت می نماید. وی که یک ریاضی دان کار بردی محسوب می گردد قادر است واکنش های شیمیایی را به معادلات ریاضی تبدیل نماید.

ترجمه: حمید وثیق زاده انصاری

منبع:راسخون

دکتر آنجلا رینولدز در زمینه تبدیل ریاضی به بیولوژی و بیولوژی به ریاضی فعالیت می کند. وی که یک ریاضی دان کار بردی محسوب می شود قادر است واکنش های شیمیایی را به معادلات ریاضی تبدیل نماید.

رینولدز با بهره گیری از ابزارهای ریاضی مدل هایی را جهت شناخت بهتر فرآیند التیام زخم و التهاب تهیه می کند. التهاب در ریه بیمارانی مشاهده می شود که به دستگاه ونتیلیتور متصل هستند.

اما رینولدز نمی تواند به تنهایی این کار را انجام دهد. وی که استاد یار گروه ریاضی کار بردی دانشکده علوم انسانی دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا است در این زمینه با کار شناسانی از دانشکده پزشکی، مرکز پزشکی و دانشکده مهندسی هم کاری می کند.

دکتر آنجلا رینولدز بحث و گفتگوی رینولدز درباره تحقیقاتش، توان تحقیقات چند تخصصی ارائه شده در دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا، و توصیه به دیگر محققین در ادامه ارائه می شود.

سؤال: ریاضیات زیستی چیست؟ چگونه با استفاده از اعداد و ارقام به شناخت درباره حالات بیماری دست می یابید؟

رینولدز: علم ریاضی اساساً به دو دسته ریاضی محض و ریاضی کار بردی تقسیم می شود. من یک ریاضی دان کار بردی محسوب می شوم و بر ریاضیات زیستی متمرکز می باشم. من مدل های ریاضیاتی که در بر گیرنده اجزای بیو لوژیکی کلیدی هم چون سلول و پروتئین هستند را تهیه و آنالیز می نمایم و معین می نمایم که این اجزا چگونه با هم تعامل نموده و باعث تغییر دیگر اجزا می شوند. من از یک نوع معادلات ریاضیاتی به نام معادلات دیفرانسیل بهره می گیرم و به آنالیز این موضوع می پردارم که جمعیت اجزای زیستی با چه سرعتی دچار تغییر می شود. برای مثال، به این نکته توجه می کنم که سلول ها با چه سرعتی به یک باکتری حمله می کنند. من با شناخت این نوع تعاملات می توانم سر در بیاورم که چه چیزی باعث می شود شرایط بیمار به سمت سلامتی یا بیماری سوق یابد.

من از اعداد و معادلات بهره می گیرم تا سرعت وقوع روی دادها را کمّی سازی نمایم. اساساً این مجموعه های معادلات هستند که تعاملات را مدل سازی می کنند. سپس این مدل را بر روی کامپیوتر شبیه سازی می کنم و نمودارها و منحنی هایی طراحی می نمایم که نشان می دهند جمعیت سلول ها / پروتئین ها در ارتباط با پارامترهای مختلف از چه شکلی برخوردارند. بنا بر این، ارقام موجودند اما هنر اصلی در واقع تهیه مدل هایی است تا به یاری آنها بیو لوژیست ها آن چه را که به صورت کیفی درک می کنند به کمیت تبدیل کنند و در راستای فرضیه های بیو لوژیکی بکار گیرند.

سؤال: التیام زخم یکی از حیطه هایی است که بر آن تمرکز نموده اید. جهت شناخت این فرآیند به چه شکل از ریاضی بهره می گیرید؟

رینولدز: در بیشتر موارد، زخم به خوبی با گذشت زمان التیام می یابد و هنگامی که زخم التیام یافت جای آن باقی می ماند. اما در بعضی مواد، زخم ها به خوبی التیام نمی یابند. من در تحقیقاتم به آن چه در این موارد رخ می دهند توجه می نمایم - یعنی این موضوع که التهاب چگونه در توانایی التیام مداخله می کند. از لحاظ ریاضی، ما کوشش می کنیم چگونگی تعدیل فرآیند التیام به وسیله واکنش التهابی را کمّی سازی نماییم و هم چنین معین نماییم چه زمانی برترین زمان مداخله است و مداخله به چه صورت بایستی انجام گیرد.

تمرکز ما بر روی زخم پای دیابتی می باشد. این زخم های خاص اغلب التیام نمی یابند. ما در حال آنالیز این موضوع هستیم که مثلاً هنگام استفاده از یک شیوه درمانی که اکسیژن به محل زخم می رساند تا فرآیند التیام آن را ارتقا بخشد یا هنگام استفاده از روشی که التهاب را از بین می برد کدام شیوه برترین شیوه درمانی محسوب می شود.

من با استفاده از ریاضی مدل هایی را تهیه می کنم تا ببینم اشتباه چگونه و در کجا اتفاق افتاده است. من و همکارانم با بهره گیری از این اطلاعات قادر می گردیم که با کار برد مدل ها یک فرضیه و روش را شکل داده و به سمت درمان کار آمدترِ زخم ها حرکت کنیم.

در واقع، این یافته ها به صورت تجربی آزمایش می گردند و در این جاست که هم کاران من به تحقیق می پیوندند. من با هم کاران بسیاری کار می کنم و این هم کاران فرآیند مدل سازی را تسهیل بخشیده و هم چنین فرضیات را آزمایش می کنند.

سؤال: کوشش های تحقیقاتی شما بر روی چه حیطه های دیگری متمرکز هستند؟

رینولدز: آنالیز های ما هم چنین بر این موضوع متمرکز است که هنگامی که بیمار به دستگاه ونتیلیتور متصل است التهاب در ریه چگونه ایجاد می شود. ما در حال تهیه مدل های ریاضی هستیم که درباره جریان هوا شرحاتی ارائه می دهند - یعنی درباره این که هوا در ریه به کدام سمت حرکت می کند و جریان هوا چگونه می تواند بر بافت ریه اثر گذارد.

برای مثال، اگر دستگاه ونتیلیتور هوا را به سمت درون بفرستد و قدرت آن هم زیاد باشد این امر ممکن است باعث صدمه تماشا بافت ریه شده و در نتیجه بدن بیمار علائم سلولی ارسال می کند که باعث ایجاد التهاب می شوند. ما کوشش داریم این واکنش التهابی را کمّی سازی نماییم تا بدین نحو بتوانیم پروتکل هایی را تهیه نموده و التهاب را به حداقل رسانیم.

هم چنان که پیرتر می شویم ریه ، بافت ها و راه های هوایی مان دچار تغییر شده و حساس تر می شوند. ما فکر می کنیم این تغییرات در میان بیماران مسن تر ممکن است در واکنش التهابی و چگونگی واکنش بیماران به دستگاه ونتیلیتور نقش ایفا کنند. بنا بر این مدل های ما اثرات پیری را شرح می دهند. من در راستای انجام این تحقیق با کار شناسان مهندسی و پزشکی از جمله دکتر ربکا هایز، استادیار مهندسی بیو شیمی از دانشکده مهندسی دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا ؛ دکتر رامانا پیدا پارتی، استاد مهندسی مکانیک و هسته ای از دانشکده مهندسی دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا ؛ و دکتر کوین وارد که سابقاً با دانشکده پزشکی دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا هم کاری می نموده و در حال حاضر عضو هیأت علمی دانشگاه میشیگان است هم کاری می کنم.

سؤال: شما در جریان تحقیقات تان با کارشناسان زیادی هم کاری می کنید. این هم کاری چگونه است و در راستای شکل دادن این نوع هم کاری به چه مهارت هایی احتیاج است؟

رینولدز: دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا از یک فضای مشارکتی قوی برخوردار است. من بعد از این که در سال 2008 به دانشگاه مشترک المنافع ویرجینیا پیوستم به اندازه گسترده ای در تحقیقات مشارکتی شرکت نمودم. تیم های تحقیقاتی که با آنها هم کاری می کنم عبارتند از کارشناسان بیو مهندسی، بیو شیمی، پزشکی و هم چنین ریاضی دانان چندگانه.

زیبایی مشارکت چند تخصصی در این است که هر کسی حیطه کاری خود را می شناسد و می داند که چه چیزی مهم است. شناسایی تک تک موارد مهم و هم چنین درک موارد مورد احتیاج مرتبط با ریاضی و بیو لوژی امر دشواری است. ما هر کدام از تخصص خود برخورداریم و دانسته های خود را با هم به اشتراک می گذاریم.

برای این که هم کاری با پیروزیت صورت گیرد ما همه بایستی فعالیت های خویش را به گونه ای ارائه دهیم که برای دیگران هم قابل فهم باشند. علم ریاضی از لحاظ تاریخی غالباً بیشتر در علم فیزیک مورد استفاده قرار گرفته است و فیزیک دانان واحدهای ریاضی بسیاری را می گذرانند. اما پزشکان و بیو لوژیست ها به آن صورت از ریاضی بهره نگرفته اند و بنا بر این در میان اعضای یک گروه تحقیق از لحاظ برخورداری از دانش ریاضی فاصله وجود دارد.

بخشی از مهارت لازم برای افراد فعال در حیطه ریاضیات زیستی توانایی تبدیل یافته هاست. من به دانشجویانم در همه سطوح می گویم که مهم است که درباره ریاضی به گونه ای صحبت شود که برای دیگران هم قابل فهم باشد. اگر قرار است در هر نوع فعالیت تحقیقی مشترک شرکت جویید برخورداری از مهارت مذکور بسیار مهم است. هم تیمی هایتان باید بفهمند که چه کاری را انجام می دهید و علت انجام آن کار چیست - هرچند شاید لازم نباشد از تک تک جزئیات سر در بیاورند. نیمی از چالش های پیش روی در فرآیند تحقیق به ایجاد انگیزه جهت انجام کار خویش و علاقمند ساختن دیگران مربوط می شود. هنگامی که پیروز شدید دیگران را به مشارکت وادارید و فعالیت ها به اصطلاح روی غلتک افتاد آن هنگام است که حرکت به سمت پیروزیت شروع می شود.

سؤال: موضوعات داغ در حیطه فعالیت شما کدام ها هستند؟

رینولدز: کوشش هایی در راستای دست یابی به فرآیند درمان اختصاصی برای هر بیمار در حال اجرا می باشند - یعنی درمان سفارشی یا شخصی شده. از آنجا که ما قادر هستیم اطلاعات بیشتر و بیشتری با استفاده از فایل های الکترونیک به دست آوریم، در نتیجه کار شناسان بهداشت از تاریخچه طولانی تری از اطلاعات پزشکی ثبت شده در رابطه با بیماری ها برخوردار می گردند. اکنون از خود می پرسیم چگونه همه این اطلاعات در باره بیمار می توانند در راستای شناخت شیوه درمانی بهتر و مناسب تر برای بیمار و استفاده از این شیوه به جای یک روی کرد درمانی همگانی و مشترک به کار گرفته شوند.

گروه بندی بیماران شاید به خوبی گذشته مفید و مؤثر نباشد، مخصوصاً از آن جهت که بعضی داروهای تولیدی تنها بر روی بعضی بیماران دارای تأثیر مثبت هستند. من به نام یک ریاضی دان متوجه تفاوت ها در میان یک گروه خاص از بیماران می شوم و برای درک این موضوع پیچیده به علم ریاضی و آمار احتیاج است. اگر بتوانیم تغییرات در بیماران را کمّی سازی نماییم و با استفاده از مدل های ریاضی فرآیندهای درمان اختصاصی را شکل دهیم این حوزه می تواند از قابلیت های بالقوه فراوانی برخوردار باشد.

سؤال: برای دانشجویانی که علاقه مند به ورود به حوزه تحقیق هستند چه توصیه ای دارید؟

رینولدز: ریاضیات را متنوع سازید. شما نمی توانید هم زمان همه واحدهای ریاضی و همه واحدهای بیو لوژی را برداشته و در آن واحد به یک بیو لوژیست و ریاضی دان تبدیل شوید، هر چند بعضی مردم وقتی نام ریاضیات زیستی را می شوند چنین برداشتی به فکر شان خطور می کند. کار نمودهایی که مردم در این حوزه با آن رو به رو هستند روز به روز پیچیده تر می شوند و مستلزم انواع گوناگون روش های ریاضی می باشند. بنا بر این، به نام یک دانشجو واحدهای درسی گوناگونی را بگذرانید، مجموعه مهارت هایی هم چون برنامه نویسی را فرا گیرید، روش های تئوریک را یاد بگیرید و در عین حال چگونگی کاربرد ریاضی را فرا گیرید، زیرا همه اینها صرف نظر از نوع تحقیقی که انجام می دهید در کنار هم مورد استفاده قرار می گیرند. اگر قصد دارید ریاضیات زیستی را دنبال نمایید بایستی از مجموعه مهارت های گسترده ای برخوردار باشید.

دانشجویان در ابتدا ممکن است به این نتیجه برسند که همه این مهارت ها نهایتاً به یک نقطه ختم می شوند، اما طبیعت ریاضی این گونه است که بایستی آیتم های مختلف را به ترتیب آموخت و تا زمانی که دوره های بالاتر را نگذرانده اید زیبایی آن را مشاهده نمی کنید.

هنگامی که فارغ التحصیل می شوید بایستی بر همه موارد مسلط شده باشید. ببینید در ارتباط با ریاضی دوست دارید چه کاری انجام دهید و در آن مهارت پیدا کنید. احتمالاً در رابطه با فعالیت مورد علاقه تان ریاضی دارای کار بردهایی می باشد. اما در ابتدا کلاس هایی را در زمینه ریاضی بگذرانید تا هنگامی که با مسئله ای برخورد می کنید بدانید به چه ابزارهایی احتیاج دارید.

/ج

منبع: راسخون