Команда ученых НИУ ВШЭ – Нижний Новгород под руководством ведущего научного сотрудника лаборатории топологических методов в динамике Наталии Станкевич победила в грантовом конкурсе малых научных групп РНФ и получила финансирование в размере 1,5 миллионов рублей. Результаты планируют применить к моделям сердечно-сосудистой системы человека и надеются в будущем определить новые биомаркеры состояния сердечно-сосудистой системы.
РБК: Наталия, над чем вы сейчас работаете и в чём суть вашего исследования?
Наталия Станкевич (Н.С.): Глобально наша работа посвящена развитию теории колебаний и волн. Колебания можно наблюдать в совершенно разных аспектах нашей жизни, даже наш организм буквально пронизан различными ритмами. Возьмем, к примеру, сердечно-сосудистую систему: это целый набор колебательных контуров, каждый из которых непрерывно совершает колебания: кардиомиоциты подают сигналы, сердце сокращается, легкие регулярно наполняются воздухом, в кровь поступает кислород. Все эти процессы происходят с некоторыми частотами. Также на состояние организма влияют циркадные ритмы сна и бодрствования, непрерывно происходит передача сигналов в мозге. Человек — это сложнейший оркестр со множеством ритмов, которые непрерывно взаимодействуют.
Нормальное функционирование организма — это как раз слаженная работа такого оркестра. Когда каждый «инструмент» звучит в унисон, система работает эффективно. Но стоит одному из ритмов нарушиться, это тут же влияет на всю симфонию. Нарушение в одном ритме влечет за собой сбой в других, потому что все они взаимосвязаны. Вот мы и занимаемся исследованием этих колебаний, их особенностей и специфики.
РБК: То есть, вы изучаете эти биологические колебания с математической точки зрения, пытаясь выявить взаимосвязи и, возможно, прогнозировать развитие событий?
Н.С.: Именно так. Как ученые с физико-математическим образованием, мы занимаемся исследованием колебаний в модельных системах, то есть придумываем какой-то абстрактный генератор или какую-то другую модель. Но гораздо интереснее приложить их к реальным задачам, например, в медицине и биологии, которые мне особенно интересны.
Яркий пример – наш текущий проект «Зеркальные лаборатории» Высшей школы экономики. В нем мы активно сотрудничали с Саратовским государственным медицинским университетом им. В.И. Разумовского. У партнеров огромный опыт и наработки по моделированию сердечно-сосудистой системы человека. В процессе совместных исследований мы обнаружили, что динамика, которую демонстрирует эта физиологическая модель, имеет свойства очень схожие с хаотическими режимами, которые мы глубоко исследовали в теории.
РБК: Получается, вы нашли некие точки соприкосновения между вашей фундаментальной математикой и прикладной медициной?
Н.С.: Да, у нас возникла идея: почему бы не попробовать использовать те особые свойства, что мы обнаружили в теории, для усовершенствования методов диагностики отклонений в работе сердечно-сосудистой системы? У наших коллег-медиков уже есть свои подходы, основанные, например, на исследовании фазовой синхронизации определенных ритмов. А мы предлагаем сначала в наших абстрактных моделях, а затем и в их детализированной модели сердечно-сосудистой системы, найти эти специфические проявления, и попробовать создать на их основе биомаркеры, которые можно будет использовать для более точного и раннего выявления проблем. Это шаг к тому, чтобы научиться слышать фальшивые ноты в «оркестре ритмов» организма ещё до того, как они приведут к серьезному сбою.
РБК: Если представить, что ваше исследование привело к желаемому результату, как это повлияет на жизнь людей, особенно с сердечно-сосудистыми заболеваниями? Что это за новый биомаркер, о котором вы говорите?
Н.С.: Ну, наверное, здесь стоит сказать, что это наша желанная траектория. Мы очень хотим, чтобы наши предположения сработали и оказалось, что те особые свойства, которые мы наблюдаем в наших сигналах, действительно были характерны для модели сердечно-сосудистой системы, и мы могли бы извлекать из них информацию.
То есть, если с помощью определённых характеристик и сигналов мы сможем определять, разрушается ли взаимосвязь между компонентами системы или наоборот между ними устанавливается синхронизация, то такой показатель может быть новым биомаркером состояния сердечно сосудистой системы.
Конечно, сейчас очень сложно говорить о конкретных состояниях и заболеваниях. Здесь нам предстоит большая работа. Мы продолжим глубокое взаимодействие с коллегами, которые много лет занимаются этими задачами.
РБК: Это значит, что можно будет более чётко диагностировать нарушения? Расширится спектр показателей, по которым фиксируются отклонения?
Н.С.: Это могут быть не только нарушения. Есть очень интересное направление, которым также занимаются коллеги, – это не столько нарушения, сколько определённые состояния организма. Например, состояние стресса.
Ведь стресс бывает разный. Есть эустресс, который нам помогает сконцентрироваться, мобилизоваться – это позитивный эффект. Когда человека напугали, у него сразу появляется гораздо больше сил бежать. Но если стресса становится слишком много, он переходит в дистресс, и концентрация падает, наступает истощение. Можно рассматривать не такие критические ситуации, а более повседневные. Мне очень нравится идея попробовать применить в образовательной деятельности и на основе таких биомаркеров создавать индивидуальные образовательные траектории.
Например, когда дети, или даже взрослые, пишут различные тесты, у них есть разные категории заданий: более лёгкие, более сложные. И стресс, который они испытывают при выполнении заданий, может по-разному формироваться и накапливаться. Может быть, ребёнок быстро решил лёгкие задания, у него хватило концентрации, а на сложные уже не хватило сил. А, возможно, ему, наоборот, стоило начать со сложного, требующего вдумчивости, а потом перейти к лёгким. Тот биомаркер, который мы хотим найти, в перспективе возможно покажет, когда ребёнок уже устал, а когда он наиболее эффективен.
РБК: Это может помочь оптимизировать учебный процесс?
Н.С.: В теории пока это звучит как мечта, но да, именно так. Хотелось бы получить маркер эффективного и неэффективного состояния, усталости или, наоборот, расслабленности. В той же психологии сейчас очень много направлений, где проводится терапия, но при этом биомаркеров, показывающих, как повлияла терапия, как таковых нет. Возможно, какие-то такие характеристики, демонстрирующие синхронизацию определённых компонентов в сердечно-сосудистой системе – дадут возможность именно количественно, а не только качественно характеризовать эти процессы.
РБК: А как устроен ваш эксперимент? Как вы проводите эти исследования? И как выглядит ваша лаборатория?
Н.С.: Здесь, наверное, нужно честно сказать, что на данный момент мы работаем только с моделями. Мы проводим исследования, используя определённые математические уравнения – дифференциальные уравнения или отображения. В основе анализа динамических режимов у нас лежит так называемый показатель Ляпунова, который демонстрирует устойчивость системы и наличие хаоса в ней. Мы рассматриваем определённую модель, у которой есть изменяемые параметры. Меняя их, мы можем видеть, как меняется режим, наблюдаемый в системе. Здесь уже существуют более сложные моменты. Мы можем определять размерность неустойчивого многообразия в хаотическом режиме, и как раз относящиеся к данной размерности характеристики мы и анализируем.
На данный момент наша лаборатория – это в основном ноутбук и исследователь, который изучает модель. Мы исследуем абстрактные модели и модели сердечно-сосудистой системы, которые уже достаточно приближены к экспериментальным данным, более того, часть уравнений модели воссоздана по экспериментальным данным.
Если говорить о перспективе, то в работе с медиками мы уже освоили технологию снятия данных ЭКГ. Сейчас существуют такие мобильные кардиофлешки – компактные устройства, которые подключаются к телефону. На испытуемых закрепляются электроды и производится запись сигналов. Дальше сигналы анализируются, предобрабатываются и затем уже по таким сигналам можно рассчитать биомаркер состояния. Это, конечно, пока будущее, но мы уже сейчас осваиваем работу с такими кардиофлешками, собираем определённые данные, по которым возможно уже скоро будем рассчитывать нашими биомаркерами. Это важная перспектива развития нашего проекта.
РБК: Расскажите о вашей команде. С кем вы работаете над этим проектом?
Н.С.: Наш проект, получивший поддержку РНФ, предназначен для малых научных групп. Основная идея такого конкурса – выделить небольшие гранты на маленькие группы, чтобы проверить возникшую гипотезу. Я выступаю руководителем проекта.
Также в нашей команде есть кандидат наук Юлия Викторовна Седова, специалист в области теории динамического хаоса. У неё очень большой опыт работы с динамическими системами, с анализом показателей Ляпунова и извлечением свойств из сигналов. И, что особенно важно, мы активно привлекаем молодёжь. Один из наших студентов, Илья Бондаренко, сейчас заканчивает бакалавриат НИУ ВШЭ – Нижний Новгород и планирует поступать в магистратуру и аспирантуру. Илья уже имеет опыт работы: он участвовал в «Зеркальной лаборатории» и работал с моделью сердечно-сосудистой системы, сейчас с большой радостью узнал о том, что поддержан новый проект.
В целом, наш проект предполагает два основных направления: первое – это работа с абстрактными моделями, и второе – это модель сердечно-сосудистой системы. Илья будет работать именно по второй задаче. Мы будем разрабатывать свои модификации модели, наиболее удобные для исследования нашими методами, и он будет активно участвовать в этой работе. Также будет привлечён ещё один студент, который будет помогать с абстрактными моделями.
РБК: А если поговорить про финансирование науки? Мы немного затронули тему грантов. Насколько это сложно сейчас получить грант? Изменилось ли что-то в последнее время, учитывая активную поддержку науки на государственном уровне?
Н.С.: Нашему поколению учёных, наверное, повезло: мы действительно живём во времена, когда науку активно поддерживают. Когда я только начинала заниматься наукой, появлялись первые программы, тогда они были ещё слабо финансируемые
Сейчас основной фонд, который занимается поддержкой науки – это Российский научный фонд (РНФ), и они разработали разные линейки программ, которые достаточно сбалансированы. И соответственно, можно писать и искать поддержку для разных команд, под разные задачи. Распространенное мнение о том, что пишется огромное количество заявок, и они не выигрывают, мне кажется, не совсем точным.
Наверное, они не выигрывают, когда есть какие-то недоработки. Современная система, в принципе, позволяет эти доработки устранять, потому что есть обратная связь в виде экспертных мнений. Поэтому, мне кажется, здесь всё достаточно лояльно. Например, конкурс для малых научных групп, которым мы сейчас начинаем, имеет конкурс 1 к 5. То есть, одна заявка из пяти выигрывает. Нельзя сказать, что конкурс совсем маленький, но и не сумасшедший.
Конечно, всегда есть процент удачи – можно попасть не к тому эксперту. Но в целом, возможностей сейчас достаточно много. Я сама уже выросла из возраста молодого учёного, но свой первый грант получила как раз как молодой учёный, пройдя этот путь: сначала трёхлетний грант, потом двухлетнее продление. Наличие этого опыта очень помогает в дальнейшем, поскольку ты уже понимаешь, как работает система фонда. Фонд устраивает большое количество мероприятий, которые также помогают понять логику процедуры. Мне кажется, шансы получать гранты есть, но важно пройти вот этот первый этап. Если ты вырос из возраста молодого учёного, не получив этот опыт, то потом будет сложнее. Не было опыта руководства, создания своей команды, да и просто учиться писать заявки тоже надо.
Мне кажется, неподдержанные заявки не стоит выбрасывать – их нужно перерабатывать.
РБК: Если говорить о целях и будущем, есть ли у вас какая-то определённая точка, которую вы считаете точкой успеха для вашего проекта? Когда вы сможете сказать: «Вот, мы это сделали»?
Н.С.: Для меня это будет, если мы, конечно же, получим какие-то реальные биомаркеры и найдём точные приложения, где они будут полезны. Может быть, как я говорила, сможем создавать образовательные траектории. Если мы найдём что-то конкретное, то вот это будет, конечно, тот самый момент. Мне очень интересно образовательное направление, хотелось бы попробовать в нём как-то реализовать свои наработки.
РБК: Кто может помочь в том, чтобы это состоялось?
Н.С.: Конечно, это сложный процесс. Здесь, наверное, во-первых, нужно самим провести качественные предварительные исследования. Дальше, соответственно, нужно будет набирать статистику и проверять эффективность наших биомаркеров на широкой аудитории. В принципе, инструменты для этого доступны: существуют мобильные кардиофлешки и другие решения. Нужно будет просто организовать эту работу. Честно говоря, лично я уже на этом этапе буду очень довольна результатом.
После этого, возможно, нужно будет искать партнёров – частные школы, языковые центры, которые сейчас активно используют тесты. Там мы и будем искать своих партнёров.
РБК: Если нарисовать идеальную картинку: всё происходит успешно, вы находите партнёров. Как будет выглядеть результат вашей работы в реальности? Кто этот человек, который пользуется этими результатами, и что с ним происходит?
Н.С.: Ну, например, это частная образовательная организация, куда дети ходят к репетиторам, занимаются и в процессе проходят тесты. Вы проводите тест, например, с измерением данных ЭКГ. После этого данные обрабатываются и в результате мы получаем временные интервалы, когда ребёнок был наиболее эффективен, и когда – менее эффективен. На основе данной информации педагог выстраивает наиболее эффективную стратегию для решения ребенком теста.
РБК: Давайте поговорим о препятствиях. Мы нарисовали идеальную картинку. Что может помешать её осуществить?
Н.С.: Первое, конечно, это если характеристики, которые мы обнаружим для моделей, окажутся очень чувствительными к каким-то начальным данным, шумам или еще чему-то. То есть, если ты, например, не выспался, и сразу всё – она не работает.
Также, если что-то получится, то дальше последует огромное количество этапов, связанных с техническими реализациями: поиск оборудования, с помощью которого можно снимать данные, и, собственно, как это всё будет реализовано. Это будет большой барьер на пути к конечному продукту.
Ещё один важный барьер – грамотная интерпретация результатов с участием медицинских работников. Это всегда большая проблема – найти общий язык специалистам из разных областей. Мы рассказываем про свои показатели, они – про свои. Ну, и также мы должны учитывать те сложности реалий при развитии теории, которые потом возникнут. И даже когда люди хотят слышать друг друга, не всегда получается правильно понимать. Вот здесь может быть сложность.
РБК: А как выглядит ваше типичное рабочее утро? С чего начинается утро учёного?
Н.С.: Утро учёного, наверное, начинается у всех с проверки почты с чашкой кофе. После решения всех срочных вопросов, мы уже переходим к основной работе. У нас есть две основные стадии: когда мы созваниваемся, обсуждаем какие-то результаты, и когда мы проводим исследования самостоятельно. Большую часть времени ты сам исследуешь систему. И, конечно, третий этап – это написание текстов, статей, презентация материалов. Большая часть дня состоит из исследований. Для написания статей нужно определённое настроение, и оно не всегда есть. Исследования проводятся проще, и успешные исследования как раз больше мотивируют на написание. Также очень мотивирует продуктивный разговор, когда ты с кем-то обсудил результаты, и сразу возникла какая-то идея – тогда очень важно сесть и тут же записать, потому что в такие моменты пишется легко и хорошо.
РБК: Правильно ли я понимаю, что вам приходится выступать сразу в нескольких ролях – быть и менеджером, и бухгалтером, и, возможно, пиарщиком? Что из этого вам более симпатично, что даётся сложнее?
Н.С.: Да, так и есть. Причём, наверное, это на самом деле взаимодополняющие области. Занимаясь одной работой, иногда ты отдыхаешь от другой. Отдых, как говорится, это смена деятельности. Поэтому, когда мы берём на себя разные функции, это как раз и есть смена деятельности. Бухгалтерская работа, она обычно не требует большого творческого вклада. Нужно просто сесть и формулы посчитать, решить такую задачу легко и просто, и ты доволен, что закрыл её. Наверное, по моему характеру мне сложнее всего даётся PR. Но это на самом деле это тоже очень важная и нужная компонента, потому что уметь доступно рассказывать о своих исследованиях – это очень важно. Ты сам гораздо больше проникаешься своей темой, осознаёшь её. И самое главное, на этих примерах ты учишься рассказывать доступно другим людям, соответственно, становится проще работать с коллегами, со студентами и так далее. Поэтому все эти ипостаси на самом деле полезны.
РБК: Расскажите немного о вашем личном пути в науке. Что вас держит в этой профессии? Есть ли моменты, которые вдохновляют, и моменты, когда опускаются руки, и откуда вы берёте силы?
Н.С: Наверное, самый вдохновляющий момент – это поддержка. Когда ты видишь, что твои результаты, твоя работа востребованы. Эта поддержка может выражаться по-разному. Конечно, получение гранта – это большой стимул, и не столько с точки зрения финансов, сколько с точки зрения того, что эксперты прочитали и оценили твою идею.
В нашей профессии всегда присутствует момент оценки. Когда мы пишем статью, она проходит рецензирование, и ты получаешь отзыв. Бывает, статью пишешь годами, а потом приходит рецензия без замечаний, с пометкой «замечательная статья» – это очень мотивирует. И ты думаешь: «Не зря все эти годы я писала.»
Еще очень поддерживающая вещь – это момент, когда приходит понимание какого-то процесса. У нас очень много рутины в работе, когда ты считаешь характеристики, исследуешь систему. Но потом в какой-то момент бывает, что ты осознаёшь какую-то глобальную закономерность, общую для всех систем, и открываешь какой-то общий сценарий. Это, конечно, тоже очень мотивирует. Ты понимаешь, что действительно сделал вклад в науку, потому что открыл что-то новое универсальное, типичное для многих систем. Это большой мотиватор работать дальше.
Участие в конференциях тоже здорово мотивирует – встречаешься с людьми, находишь единомышленников, они подсказывают новые идеи. Всё это очень мотивирует.
Неподдержанная заявка на грант – это не демотивирует, руки не опускаются. Мы все понимаем, что это немножко связано с вероятностью удачи, и значит, надо просто попробовать ещё раз. Как говорится, что нас не убивает, делает нас сильнее.
Что демотивирует? Наверное, иногда меня может демотивировать просмотр научных соцсетей, где выкладываются статьи коллег. Там, как и в обычных социальных сетях, есть друзья, фолловеры, есть любимые авторы, за которыми ты следишь. Когда ты открываешь этот ресурс, ты видишь огромное количество публикаций, их выходит столько, что иногда ты просто теряешься в них. И вот в этот момент иногда возникает демотивация и ощущение, что «уже всё исследовано».
Конечно, нужно читать, что пишут другие люди, понимать, куда движется направление, которым ты занимаешься. Но очень важно концентрироваться на своей задаче и искать свой путь.
РБК: А были ли моменты, когда вы сомневались в правильности выбранного пути?
Н.С.: Наверное, такие моменты бывают абсолютно у всех. И, более того, они возникают периодически. Особенно если ты идёшь в прикладные исследования, то там всегда есть поле для сомнений, потому что никогда не бывает идеальной статистики. И ты начинаешь сомневаться, что то, что ты делаешь, это правильно, и что это перспективно. Но, наверное, здесь всё-таки нужно верить в то, чем ты занимаешься.
РБК: А вы вообще мечтали быть учёным в детстве?
Н.С.: Ну, если вспомнить детские мечты... Мечты быть учёным у меня точно не было. Я из семьи, в которой никогда не было никакой науки. Я сама «протаптывала» эту дорожку. Но при этом у меня всегда были способности к математике, и это отмечали многие. А дальше я просто училась в университете и увидела, что люди занимаются наукой, и это достаточно интересно, и у меня это тоже получается. Поэтому я стала просто занималась тем, что у меня хорошо получается.
РБК: Почему именно Нижний Новгород стал для вас центром научной деятельности? Вы здесь родились?
Н.С.: Нет, я родилась в Саратове и получала образование там же, в Саратовском государственном университете. У нас был уникальный факультет нелинейных процессов, где занимались нелинейной динамикой и формировали картину мира на основе нелинейной динамики. Я училась в лицее при этом факультете и нам уже со школы объясняли основы этой теории. После окончания университета и защиты я 10 лет работала в Саратовском государственном техническом университете. Если говорить глобально, то в России именно теоретическая нелинейная динамика представлена двумя основными школами – это, конечно же, Нижегородская школа, которая всегда славилась своими математиками. В Саратове была другая школа, где были более физики, которые со временем стали уходить в прикладные области. Школа в Саратове существует до сих пор, и даже когда мы приезжаем на конференции, там много участников из Саратова. И на международных конференциях за рубежом одними из ведущих специалистов по нелинейной динамике из России считаются ученые из Саратова и Нижнего Новгорода.
В 2019 году возникла программа Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ) для постдоков, которая позволяла предложить свой проект и сменить место работы на три года. У меня как раз возникли идеи, связанные с теорией гиперхаоса, и я нашла здесь, в Нижнем Новгороде, единомышленников. Алексей Казаков из Высшей школы экономики тогда очень поддержал и помог развить это направление. Он предложил мне написать грант, я написала, и так начался мой переезд в Нижний Новгород.
РБК: Именно математическая научная среда в Нижнем Новгороде оказалась более привлекательной?
Н.С.: Да, именно по теории, по математике, здесь более активное научное сообщество. Коллектив из Саратова, конечно, тоже сильный, и многие мои коллеги продолжают там работать, и я поддерживаю контакты и продолжаю вести совместные исследования, но нижегородская школа для меня оказалась более комфортной.
РБК: Чувствуете ли вы себя частью нижегородского научного сообщества?
Н.С.: Да. Я помню, когда приехала сюда в 2019 году, мне так понравилось, что я захотела переехать. К сожалению, тогда началась пандемия, сразу переехать не удалось. Но в Высшей школе экономики жизнь очень активная. Много разных проектов, Международная лаборатория динамических систем и приложений – огромная, сильная, и её сотрудники очень включены в научную среду. Также мы взаимодействуем с коллегами из Университета Лобачевского. Поэтому, конечно, это очень интересное место.
РБК: А если говорить о самом городе? Есть ли у вас любимые места, которые дают вам хороший настрой, вдохновение?
Н.С.: Да, я помню, когда я только переехала, я постоянно гуляла. Верхневолжская набережная, Александровский сад, Чкаловская лестница, – это были мои любимые места для прогулок. Было очень здорово. Очень нравится, что прямо в центре города есть большая река и даже почти лес. К тому же, я переезжала в год 800-летия города, когда он очень преобразился.
РБК: Нижний Новгород придумал себе мем «Столица всего». А для вас Нижний Новгород – это прежде всего столица чего?
Н.С.: Для меня это однозначно столица закатов. У меня миллион фотографий в телефоне с закатами, и даже была идея сделать календарь с закатами разных лет и сезонов. Это очень красиво. Летом я просто ходила на Нижневолжскую набережную и следила, как солнышко садится: с одной стороны оно уходит, с другой — как будто сразу встаёт. Очень здорово было за этим наблюдать. Нижний, действительно, очень впечатляет своим расположением и природой.
РБК: И последний вопрос — что бы вы сказали пятнадцатилетней себе и сегодняшним подросткам, которым интересна наука?
Н.С.: Себе пятнадцатилетней я бы посоветовала лучше учиться в школе, вбирать в себя все знания, потому что нет лишних знаний, это фундамент. Не нужно пренебрегать базой.
А школьникам я бы сказала: мир меняется очень быстро, и сейчас знания постоянно трансформируются, поэтому зубрить бессмысленно. Важно формировать общую картину — базовые принципы в различных направлениях, понимать, где искать нужную информацию, в каких книгах или источниках. Тренировка памяти полезна, но главное — уметь выстроить картину и понимать, какие элементы вам действительно нужны.
И ничто никогда не поздно. Даже если вы что-то пропустили — всё можно наверстать. Главное — найти то, что вам действительно интересно, то, к чему тянет. Изучение мира всегда увлекательно, поэтому будьте внимательны, наблюдайте, обращайте внимание на то, что вокруг вас — там часто рождаются идеи и интересы, которые потом превращаются в дело всей жизни.
Фото из личного архива Наталии Станкевич.
Подпишитесь: Больше новостей о развитии региона в нашем телеграм-канале, группе ВКонтакте и МАХ.
Реклама. Рекламодатель АНО "Проектный офис Стратегии развития Нижегородской области" strategy.nobl.ru, erid: 2SDnjdvL5tc