16 세의 나이에 Danielle Bassett은 하루 종일 피아노에서 손가락을 훈련시키고 팔뚝에서 욱신 거리는 통증을 무시하려고 노력했습니다. 그녀는 음악 분야에서 경력을 쌓기를 바랐으며 자신을 끊임없는 연습 세션을 할당했습니다. 그러나 그녀는 Johannes Brahms의 열렬한 raphody를 B Minor 을 더 많이 연습했습니다. 그녀의 가족의 Steinway에서, 무언가 잘못되었다는 것이 명확 해졌습니다. 마지막으로, 외과 의사는 그것을 확인했다 :스트레스 골절은 그녀가 1 년 동안 악기를 포기하도록 강요 할 것이다.
Bassett은“내 인생에 남은 것은 다소 어둡습니다. 펜실베이니아 주 농촌 펜실베이니아 주에서 그녀의 홈 스쿨 양육은 수학, 과학 및 예술에 대한 사랑을 심어주었습니다. 그러나 17 세가되면서 부모님이 대학에 다니는 것을 낙담하고 열쇠에서 멀어지면서 기술 상실에 낙담 한 그녀는 주부와 어머니로서의 책임이 곧 경력의 희망을 일식 할 것이라고 기대했습니다. "나는 그 계획에 만족하지 않았다"고 그녀는 말한다.
대신, Bassett은 현재 네트워크 신경 과학으로 알려진 대체로 미지의 과학 분야에서 연구의 삶을 살았습니다. 박사 학위 물리학 자와 MacArthur 동료 32 세까지, 그녀는 인간 뇌의 역동적 인 연결을 설명하기 위해 물리와 수학의 개념을 개척했습니다. University College London의 이론적 신경 과학자 인 Karl Friston은“그녀는 이제 네트워크 과학의 도이 인이되었습니다. "그녀는 공식적인 물리학 배경에서 왔지만… 신경 과학에서 가장 깊은 질문에 직면했습니다."
.현재 37 세인 Bassett은 펜실베니아 대학교 (Upenn)에서 실험실을 운영하여 채찍질을 유발하는 다양한 질문을 다루고 있습니다. 어느 날 아침 회의에서 샘플링 :우리의 두뇌는 물리적 공간을 탐색하는 방식으로 텍스트로 단어를 탐색합니까? 대학생의 두뇌 구조는 소셜 네트워크의 구조와 상호 작용하여 알코올을 기권하는 능력에 영향을 미칩니 까? 마우스 뇌의 연결 네트워크는 질병을 유발하는 단백질이 어떻게 퍼지는 지 예측합니까?
다른 프로젝트는 어린 시절의 책과 피아노 :학습과 숙달 이후 그녀를 사로 잡은 테마에 중점을 둡니다. Bassett은 네트워크를 사용하여 뇌와 학습 자료를 모두 나타내는 방법을 최적화하는 방법을 찾고자합니다.
"당신이 보수적이고 회의적이고 조심스럽고 조심스러워하려고 노력하는 대부분의 사고 과학자들에게 와서, Dani의 연구 프로그램이 무엇인지, 그들은 과학의 큰 덩어리를 물린 사람의 정신에 대해 의문을 제기 할 것입니다."
그러나 Bassett은 일상적으로 징계 경계를 무시하고 그녀의 호기심을 포기합니다. 그녀는 "네트워크 과학에 대해 아름답다고 생각하는 것은 정말 복잡한 시스템에 대한 매우 간단한 직관을 도출하는 데 사용될 수 있다는 것입니다."
.자연의 가장 끔찍한 머리볼 중 하나 (우리의 860 억 개의 뉴런 사고 기관) 중 하나를 단순화하려는 입찰은 일부 신경 과학자들이 뒤처지기가 어려웠습니다. 보스턴의 하버드 의과 대학의 신경 과학자 인 Martha Shenton은 네트워크 과학은 "뇌를 바라 보는 새로운 방법"이라고 말합니다. "이것은 과학의 발전입니다. 나는 그것을 믿습니다. 그러나 그것이 우리에게 얼마나 많은 정보를 줄 수 있는지 여부는 여전히 남아 있습니다." 그리고 Bassett의 방정식 도구 상자는 뇌 장애에 대한 표적 자극과 같은 치료를 알리는 신뢰할 수있는 예측을 할 수 있는지 여부는 여전히 알려져 있지 않습니다.
그러나 캘리포니아 대학교 (UC)의 산타 바바라 (University of California)의인지 신경 과학자 마이클 가자 나이가 (Michael Gazzaniga)는 신경 과학은 이론에 배고프다. "우리가 프레임 워크를 포착하지 않는다는 것이 널리 퍼져 있다고 생각하는 불안이있다.
Bassett은 뇌의 고차원 조직을 포착하기 위해 새로운 이론에 베팅하는 물리학 자와 수학자의 일원입니다. Gazzaniga는“그들은 수학을 백업 할 수있는 수학을 받았다. 그리고 그것은 단지 생물학적 장면에 엄청난 힘을 가져다 준다”고 말했다. "과학의 큰 발전은 침입에서 비롯된 것"이라고 선구적인 심리학자 Wolfgang Köhler를 역설적으로 박리했다. "그리고 다니는 침입자입니다."
드문 교육
최근 화요일 오후에, 오른쪽 눈 앞에서 지속적으로 몰래 들어가는 짧은 머리카락을 가진 약간의 인물 인 Bassett은 클라우디우스 프톨레마이오스 (Claudius Ptolemy)의 크고 금지 된 양의 크고 거대한 양의 수업을 강타합니다. 이 과정은 학부 및 대학원생들에게 뇌를 네트워크로 표현하도록 가르칩니다. 쌍별 연결 또는 "가장자리"에 의해 연결된 "노드"세트. 연구에 따라 연구원들은 노드를 개별 뉴런 또는 더 큰 뇌 영역으로 정의 할 수 있습니다. 그리고 신경 섬유에 의해 물리적으로 연결되어 있거나 동시에 활성화되는 경향이있는 노드 사이에 가장자리를 그릴 수 있습니다. 이 접근법은 신경 과학의 기본 전제를 공식화합니다. 뇌의 연결된 구성 요소가 상호 작용함에 따라 우리의 생각, 감각 및 경험이 나타납니다.
그러나 먼저 프톨레마이오스. Bassett은 특징적으로 구성되고 공식적인 어조로 2 세기 그리스 천문학 자의 유명한 논문에서 큰 소리로 읽습니다. :"하늘의 움직임에 대한 더 간단한 가설을 가능한 한 시도하고 맞추는 것이 적절하며, 이것이 성공하지 않으면 가설이 가능합니다." 그는 행성 운동에 대한 지구 중심적 설명에서 명백한 모순을 다루고 있었다. 그의 이론은 이제 우리가 아는 것이 무너질 운명이었습니다. 그러나 그의 메시지는 좋은 것이 었습니다. Bassett은 수업에 다음과 같이 말합니다. 가장 간단한 가설을 위해 노력합니다.
고대인들을 인용 한 바셋의 성실은 그녀의 특이한 교육을 반영합니다. 11 명의 자녀를 홈 스쿨링 한 그녀의 어머니 홀리 페리 (Holly Perry)는 "배우고 싶은 모든 것을 가르치는 방법을 가르치는 것"이라고 그녀의 목표는 말했다. Bassett은 자연적인자가자가였습니다. 페리는“그녀가 관심있는 것이 그녀에게 관심이 있다고 결정했을 때, 그녀는 그것에 관한 모든 것을 알기 전까지는 멈출 수 없었습니다.
Bassett의 쌍둥이 형제 인 Washington D.C.에있는 American University의 철학자 인 Perry Zurn은 자신의 가정 학교를 연구로 묘사합니다. 그들은 주제를 선택하고 주변 프로젝트의 별자리를 구축 할 것이며, 전통적인 학교 과목들 사이에서 그 프로젝트가 어디에서 떨어 졌는지에 대해 거의 고려하지 않았습니다.
그녀의 아이들이 1 차 텍스트를 우선시한다는 페리의 주장은 Bassett과 고정되었습니다. 그녀는 구식의 외계인 사운드 산문을 읽는 것이 마음을 "훨씬 더 큰 공간"으로 충격 시킨다고 말합니다. 쌍둥이는 이제 그들의 교육을 "정말 멋진"것으로 묘사하고 "정말 환상적"이라고 묘사합니다. 그러나 부모의 보수적 인 기독교는 그들이 열망 할 수있는 것을 형성했습니다. 트랜스 젠더 인 Zurn은“우리는 모두 여성으로 이해되고 있기 때문에…
피아노에서 Bassett의 hiatus 후, 그녀의 아버지는 그녀가 간호 학교에 다닐 수 있도록 허용했습니다. "그는 마침내 나에게 약간의 공간을 주었고, 나는 그것을 가져 가야한다고 생각했다"고 그녀는 말했다. (그녀의 아버지 인 존 페리 (John Perry)는 자신의 자녀들이 대학이나 직업에서 자녀를 낙담시키지 않았다고 주장하지만, "좋은 아내와 어머니가되는 것이 높은 부름이라고 느꼈다")
.고립 된 어린 시절은 Bassett을 위해 전통적인 학교로 이사했습니다. "누군가가 농담을했을 때 내가 올바른시기를 비웃을 수 있다고 느끼는 데 오랜 시간이 걸렸다"고 그녀는 말한다. 그리고 간호 학교는 좋지 않았습니다. 질병과 죽어가는 것에 대한 대립은 그녀를 배수했다.
1 년 반 후에, 그녀는 가족의 기대를 확실히 파악했습니다. 그녀는 간호 학교를 중퇴하여 Penn State에 신청하여 물리학을 공부했습니다. "나는 단지 깨끗하고 공식적인 일을하고 싶었다"고 그녀는 말했다.
그래프에서의 사고
Bassett의 화요일 수업에 한 시간 동안 학생들은 랩톱을 꺼내어 학습에 관한 최신 연구 중 하나에서 주제가됩니다. 그들의 화면은 예측, 네트워크, 행동 및 신경계 질환과 같이 코스에서 선택한 약 50 개의 개념의 구름을 나타냅니다. 그들은 관련 단어와 문구를 연결하여 선을 그려 선을 늘려서 다른 개념 사이에 거리를 두십시오. Bassett은 코스의 다른 지점에서 맵의 구조를 비교하고, 클래스 판독 및 강의의 영향을 측정하며, 네트워크 구조와 테스트 점수 사이의 상관 관계를 찾습니다.
.이 작업은 Bassett의 물리학 학위에서 몇 마일 떨어진 것 같습니다. 그러나 그 연구의 근간과 실험실의 거의 모든 프로젝트는 그래프 이론이라고 불리는 수학 분야입니다. 18 세기에 뿌리를 둔이 접근법은 모래 더미의 소셜 미디어 나 곡물에 연결된 친구 인 개별적이고 상호 작용하는 부분의 네트워크 구조를 설명합니다.
연구원들은 먼저 네트워크의 모든 노드 간의 관계를 계산합니다. 가장 간단한 경우에는 0 (연결되지 않음) 또는 하나 (연결)입니다. 그런 다음 네트워크의 기능에 대해 질문합니다. 희소 웹 또는 밀도가 높은 정글입니까? 특정 노드에는 비정상적으로 많은 연결이 있습니까? 노드는 대부분 자신과 대화하는 꽉 짜인 모듈로 구성되는 경향이 있습니까?
1990 년대에 소수의 연구원들은 동물 신경계의 레이아웃을 설명하기 위해 그러한 그래프를 만들기 시작했습니다. 선충 caenorhabditis elegans의 그래프 작은 벌레가 생명을 통해 어떻게 흔들리는지를 결정하는 302 개의 뉴런 사이의 모든 연결을 포함 할 수 있습니다. 포유 동물의 두뇌는 뉴런에 의해 뉴런을 매핑하기에는 너무 크고 복잡했기 때문에 연구자들은 뉴런을 따라 트레이서 분자의 흐름에 따라 원숭이와 고양이 피질의 수십 개의 넓은 영역 사이의 연결을 분석했습니다.
.신경 과학자 Olaf Sporns는 네트워크 신경 과학이 될 분야에 대해 "우리는 완전히 모호하게 일했다"고 말했다. 블루밍턴에있는 인디애나 대학교 (Indiana University)에있는 스포른 (Sporns)은 그래프 이론을 사용하여 인간의 뇌의 연결을 분석 한 최초의 사람들 중 하나였습니다. 그는 사용할 수있는 데이터 세트가 거의 없다고 말했다. 그러나 그와 그의 협력자들은이 접근법이 뇌의 구조가 어떻게 생각과 인식을 일으키는지를 설명하는 데 도움이 될 수 있기를 희망했습니다.
2000 년대 중반까지 그래프 이론의 적용이 더 야심적이었습니다. 영국 케임브리지 대학의 신경 정신과 의사 인 Edward Bullmore의 그룹은이를 사용하여 기능적 자기 공명 영상 (FMRI)으로 기록 된 인간 뇌 활동을 분석했습니다.
Bullmore는“[우리가] 시작하기 시작했을 때 매우 흥미로운시기였다. "Dani가 실험실에서 시작한 것은 그 당시였습니다." Bullmore는 박사 학위에서 Bassett의 4 명의 고문 중 하나였습니다. 케임브리지와 미국 국립 보건원 (National Institutes of Health)이 후원하는 프로그램. 그녀는 그래프 이론으로 달리기를 시작했다고 Bullmore는 새로운 유형의 뇌 데이터에 사용을 확장했습니다.
한 연구에서 Bassett은 정신 분열증이 있거나없는 사람들의 MRI 데이터를 분석했습니다. 이 상태는 어느 지역에서도 광범위하게 구조화 된 뇌 활동으로 인해 발생하는 것 같습니다. Bassett과 동료들은 그래프 이론이 그 무질서를 설명하는 새로운 방법을 제공했음을 보여 주었다. 정신 분열증이있는 뇌는 건강한 것보다 더 많은 무작위로 연결성을 보여 주었고, 가장 높은 연결된 지역 인 허브는 뇌에 대한 경영진이 통제하는 영역 인 전두엽 피질에있을 가능성이 적습니다. 이 발견은 정신 분열증의 일부 증상과 일치했습니다. 계획, 의사 결정 및 행동 규제와 같은 행정 기능의 결함. 그러나 설명하지 않았다.
그리고 일부 신경 과학자들은 네트워크 과학의 초기 결과로 인상되지 않았습니다. Bullmore는 뇌 네트워크의 그래프는 분명히 신경계의 근본적인 단순화라고 말했다. "주요 비판은 항상``우리가 이해하려는 시스템의 복잡성을 감안할 때 의미가 너무 단순하지 않습니까? '"
Bassett은 그래프 이론에 대해 다른 한계를 보았습니다. "이것은 무언가의 구조를 특성화하는 데 좋습니다."라고 그녀는 말합니다. 그래프는 정적이지만 활성 뇌는 연결 패턴 사이에서 흐릅니다. 따라서 Bassett은 UC Santa Barbara의 박사후과로 이사하면서 네트워크 연구에 다른 유형의 분석을 추가했습니다. 동적 시스템 이론, 네트워크 구조가 어떻게 변화하는지 모델링하는 방법. "Dani는 게임에 시간을 가져 오는 데 탁월했습니다."라고 Sporns는 말합니다.
주요 실험에서 Bassett은 직원에 대한 일련의 음표를 읽음으로써 특정 순서로 손가락을 빠르게 탭하는 법을 배웠을 때 사람들을 연구했습니다. 시퀀스는 정확히 Brahms Rhapsodies가 아니 었습니다. 각각은 단지 12 노트 길이였습니다. 그러나 참가자들은 그들을 마스터하는 데 시간이 걸렸습니다. 세 번의 훈련 세션에서 그들은 fMRI 스캐너에 누워 손가락 작업을 연습했습니다.
Bassett의 그룹은 참가자들이 배운 동안 서로 우선적으로 대화하는 뇌 영역 세트에서 시간이 지남에 따라 변화를 포착했습니다. 연구원들은 전반적인 "유연성"에 대한 수학적 척도를 만들었습니다. 지역은 "모듈 충성"을 변경하고 다른 파트너 세트와 동기화해야했을 가능성이 높습니다. 연구자들은 연습 세션 중 뇌의 유연성으로 다음 세션에서 그 사람이 메모 시퀀스를 얼마나 빨리 재생할 수 있는지 예측했다.
.2011 년에 발표 된이 연구는 뇌 구성의 측정 가능하고 예측 가능한 특징이 학습을 위해이를 프라이밍 할 수 있다고 암시했다. Bassett은 "많은 사람들의 관심을 끌기 시작했다"고 Bassett은 2014 년 상을 위해 Bassett을 선택하는 작업을 지적한 MacArthur Fellows 프로그램의 대표자를 포함 해 "많은 사람들의 관심을 끌기 시작했다"고 말했다. Upenn에서 실험실에서 실험실에서 실험실을 얻었던 Bassett은 학문적 주목을 받고 있습니다. 그녀가 18 살 때 헤어진 부모님은 그녀를 응원했습니다.
건강한 야망
Bassett은 이제 활발한 네트워크의 허브입니다. 항상 그녀에게 적합하지는 않습니다. 그녀는 초대 된 대화의 끝없는 서킷에서 호텔 방에서 고독을 추구합니다. 그녀는 그룹 상호 작용에서 멀어지면서 연수생 및 공동 작업자와의 일대일 커뮤니케이션을 선호합니다.
그러나 이러한 쌍별 연결 중 일부는 광범위한 영향을 미쳤습니다. 2013 년, 산타 바바라의 태평양이 내려다 보이는 벤치에서, 그녀와 동료 박사 과정 인 Fabio Pasqualetti는 그들이 야망을 공유한다는 것을 깨달았습니다. 그들은 네트워크 과학이 뇌를 묘사하는 것 이상으로이를 바꿀 수있는 방법을 제공 할 수 있는지 궁금했습니다. Pasqualetti 연구는 센서와 피드백을 사용하여 전기 그리드 또는 전투기 제트 등 시스템의 동작을 안내하는 엔지니어링 지점 인 이론을 제어합니다. 그와 Bassett은 제어 이론의 원리를 뇌 네트워크에 적용 할 가능성이 있었습니까?
2015 년에 발표 된 최초의 연구에서 Bassett과 Pasqualetti는 뇌를 통해 물의 확산을 추적하여 뉴런 섬유의 묶음으로 연결된 영역을 식별하는 MRI 기반 기술의 데이터로 뇌 구조를 모델링했습니다. 그들은 그 정보를 제어 이론의 방정식에 공급함으로써, 활동적 일 때, 다른 상태로 전환하는 데 도움이 될 수있는 뇌 영역을 식별했습니다. Pasqualetti는 현재 UC Riverside의 Pasqualetti는“솔직히이 일이 효과가 있다고 가정하는 것은 큰 점프였습니다.
이탈리아 파두아 대학교의 계산 신경 과학자 마르코 조지 (Marco Zorzi)는이 논문에 대해“매우 중요한 기여”라고 말했다. 과학자들은 이미 뇌졸중 후 심각한 우울증 및 장애를 포함한 다양한 상태를 개선하기 위해 뇌를 ZAPPED로 실험하고 있습니다. 그러나 종종 두피의 자기 자극에 의존하는 접근법은 시행 착오와 관련이 있습니다. 통제 이론은 연구자들이 뇌의 위치를 자극 할 위치를 결정하고 강도가 더 건강한 상태로 안정적으로 움직일 수 있도록 도와 줄 수 있습니다.
그래도 조지는 "아직 준비되지 않았다"고 말했다. 그는 제어 이론을 기반으로 자극 프로토콜을 개발하기 위해 "우리는 훨씬 더 이론적 인 작업이 필요하다"고 말했다. 그 작업에는 원하는 뇌 상태를 유도하기 위해 얼마나 많은 자극이 필요한지 연구하는 것이 포함되어야한다고 그는 덧붙였다.
Bassett과 그녀의 팀은 이제 통제 이론 접근법을 정제하고이를 사용하여 간질 발작에서 확산 된 활동 패턴을 예측하고 있습니다. 결과는 의사가 어떻게 발작 강화 전기 임플란트를 더 정확하게 배치하거나 수술 중 뇌 조직을 덜 깎을 수 있는지 보여줄 것입니다.
.임상 시험 전에 Bassett과 동료들은 또한 친숙한 책임으로부터 작업을 방어해야합니다. 신호는 뉴런 간의 모든 연결을 따라 예측 가능하게 전달되지 않습니다. 일부는 증폭됩니다. 다른 사람들은 그들을 억제하는 게이팅 메커니즘에 들어가고, 제어 이론의 방정식은 그러한 세부 사항을 완전히 포착하지 않습니다. "이것은 통제 문제를 엄청나게 어렵게 만듭니다." "그것은 우리가 방금 깨기 시작한 거대한 프론티어입니다."
.이에 따라 Bassett은 프톨레마이오스를 채널로 채 웁니다. "물리학 자… 비교적 간단한 모델로 시작한 다음 필요에 따라 이러한 모델을 확장합니다."라고 그녀는 말합니다. "매개 변수가 몇 개 이상 있다면 어떤 일이 발생하는지 이해하기가 매우 어렵습니다."
.자유도
Bassett의 4 살짜리 아들 Simeon은 수업에서 집으로 운전하는 데 차의 뒷좌석에서 데이 케어 악용을 이야기하고 재생 목록을 지시합니다.
.Bassett이 대학에 입학했을 때, 그녀는 결코 아내 나 어머니가 될 것이라고 맹세했습니다. 캠퍼스에서, 그녀는 가족이 주장한 주부의 역할이 때때로 낙담 한 것을 발견했습니다. 그러나 그녀는 2006 년에 결혼 한 동료 물리학 학생 인 Lee Bassett을 만났습니다. 둘 다 Upenn에서 가르치고 두 자녀 중 첫 번째는 2011 년에 태어났습니다.
.그날 저녁, 취침 후 독서 ( Berenstain Bears Simeon과 The Children 's Fantasy Novel Mossflower Silas의 경우), Bassett Pops는 체리 맛의 사워 맥주 캔을 열고 자신이 가장 좋아하는 것 중 하나를 제공합니다. 영국의 철학자 Joseph Glanvill의 17 세기 볼륨 Dogmatizing의 허영 . 그것에서 글랜 빌은 인류의 자연 세계에 대한 무지에 감탄하고 과학과 종교에 대한 맹목적인 믿음을 비난합니다. Bassett은 메모로 여백을 뿌렸습니다.
거실의 홀 아래에는 Steinway 그랜드 피아노가 있으며 음악에 대한 지속적인 사랑에 대한 간증이 있습니다. Bassett은 지금까지 625,000 달러의 MacArthur 상을 수상한 유일한 구매입니다. 현재 그녀의 실험실은 자금 조달에 아프지 않습니다. 그러나 불완전한 돈은 자유를 의미합니다. 아이디어가 그녀의 상상력을 불러 일으키고 자금 지원자들이 그녀를 뒤쳐지지 않을 경우, 그녀는 어쨌든 그것을 쫓을 계획입니다.
*교정, 4 월 11 일 오전 11시 55 분 : Bassett의 어머니의 요청에 따라, 우리는 그녀의 이름을 Holly Perry로 바꿨습니다.
