Jeana M. Carlsona

Jean-Marie Carlsona
Urodzić się	1962 (60-61 lat)
Alma Mater	Uniwersytet Princeton Uniwersytet Cornella
Znany z	Złożoność
Kariera naukowa
Instytucje	Uniwersytet Kalifornijski w Santa Barbara

Jean Marie Carlson (ur. 1962) jest profesorem złożoności na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara . Bada solidność i sprzężenie zwrotne w wysoce połączonych złożonych systemach , które mają zastosowanie w różnych obszarach, w tym w trzęsieniach ziemi, pożarach i neuronauce.

Wczesne życie i edukacja

Carlson studiowała elektrotechnikę i informatykę na Uniwersytecie Princeton , które ukończyła w 1984 r. Przeniosła się na Cornell University na studia podyplomowe, uzyskując tytuł magistra fizyki stosowanej w 1987 r. W 1987 r. Przeniosła się na teoretyczną fizykę materii skondensowanej na studia doktoranckie i ukończyła doktorat w 1988. Pracowała pod kierunkiem Jamesa Sethny nad modelem wirującego szkła w Bethe Lattice . Carlson pracował w Kavli Institute for Theoretical Physics jako doktor habilitowany z Jamesem S. Langerem .

Badania i kariera

Carlson została powołana na wydział na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara w 1990 roku. Zajmuje się podstawową teorią i zastosowaniami systemów złożonych . W 1993 roku otrzymała Fundacji Davida i Lucile Packardów , co pozwoliło jej studiować fizyczne i matematyczne zasady leżące u podstaw złożoności. Carlson stosuje wysoce zoptymalizowanej tolerancji (HOT), które łączą rozwijającą się strukturę z prawami mocy w wysoce wzajemnie połączonych systemach. Carlson opracował mechanizm HOT na początku XXI wieku i od tego czasu stosuje go do złożonych systemów, w tym układu odpornościowego, trzęsień ziemi, pożarów i neuronauki. HOT reprezentuje ujednoliconą strukturę, która może łączyć się z zewnętrznymi środowiskami, które różnią się od samoorganizująca się krytyczność i krawędź chaosu .

Carlson wykorzystał biologię systemów obliczeniowych do zrozumienia układu odpornościowego . Zajmuje się badaniem zmian układu odpornościowego wraz z wiekiem, chorobami autoimmunologicznymi i homeostazą . Carlson współpracował z Erikiem Jonesem nad opracowaniem modelu matematycznego, który może analizować i przewidywać interakcje w bakteriach jelitowych muszek owocówek . Istnieje nadzieja, że ​​ten model będzie w stanie wyjaśnić mikrobiom jelitowy człowieka . Ich model wykazał, że interakcje między bakteriami w jelitach są tak samo ważne dla ogólnego stanu zdrowia muszki owocowej, jak ich obecność w jelitach.

Zastosowała również teorię złożoności do neuronauki , identyfikując właściwości sieci neuronowych , które są chronione w zdrowej populacji. Zrozumienie tych sieci może wyjaśnić związek między strukturą istoty białej a funkcjami poznawczymi. Carlson stara się wyjaśnić, w jaki sposób sieci neuronowe są zaangażowane w uczenie się i pamięć, porównując je z obliczeniowymi i biologicznymi strukturami przetwarzania informacji. Carlson jest szczególnie zainteresowany nauką sekwencyjną; który łączy nowe informacje z wcześniejszą wiedzą. W swojej pracy łączy modele obliczeniowe z danymi eksperymentalnymi elektroencefalografia i rezonans magnetyczny . Pokazała, że ​​części mózgu, które synchronizują ich aktywność podczas zadań związanych z pamięcią, stają się mniejsze, ale liczniejsze wraz z wiekiem.

Zastosowanie mechaniki statystycznej w materiałoznawstwie może pomóc w opisaniu właściwości materiałów ziarnistych . Stosuje strefy transformacji ścinania do materiału ziarnistego , aby opisać, w jaki sposób płyną i zacinają się. Ta praca stanowi wkład w jej badania nad tarciem w uskokach trzęsienia ziemi , prawami szybkości i stanu oraz chaosem reologicznym. Carlson badał złożoność kilku dziedzin fizyki trzęsień ziemi, w tym pęknięć dynamicznych i superścinania. Opracowała algorytm (Highly Optimized Tolerance Fire Spread Model, HFire), który może modelować rozprzestrzenianie się pożaru, który można wykorzystać do zrozumienia długoterminowej ewolucji ekosystemów leśnych i pomocy w koordynowaniu gospodarki leśnej. Badała podejmowanie decyzji przez ludzi w odpowiedzi na katastrofy, starając się uczynić ewakuacje bardziej bezpiecznymi i skutecznymi. Zbadała kompromisy, które pojawiają się w pożary lasów przy użyciu modeli gospodarki, populacji i rozprzestrzeniania się pożarów. Wymaga to dynamicznych narzędzi decyzyjnych, ponieważ opóźnienia czasowe mogą skutkować większą liczbą pożarów i zapotrzebowaniem na zasoby. Badała również wpływ sieci informacyjnych na decyzje oraz związek między rozpowszechnianiem informacji a udostępnianiem w mediach społecznościowych.

Carlson zastosował również teorię złożoności do ekonofizyki , ewolucji i teorii sterowania . Jest profesorem wizytującym w Instytucie Santa Fe .

Uznanie

Carlson został wybrany na członka Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego (APS) w 2021 r., po nominacji od APS Topical Group on Statistical and Nonlinear Physics, „za rozwój matematycznie rygorystycznych, opartych na fizyce modeli nieliniowych i złożonych systemów, które mają znacząco wpłynął na szeroki zakres dziedzin, w tym neuronaukę, naukę o środowisku i geofizykę”.