世界を変える一歩手前の10人の科学者

科学分野に目に見える足跡を残すことは、キャリアのどの段階でも驚くべき功績です。ポピュラーサイエンス誌は毎年、有利なスタートを切った若手研究者10名を「ブリリアント10」として表彰しています。これらの研究者は、すでに各分野のイノベーターおよびチェンジメーカーとして傑出しています。彼らは、誰も尋ねたことのない疑問を投げかけ、斬新な方法を採用し、存在しない解決策を追求しています。彼らの動機がニーズを満たしたいという願望であろうと、正義の追求であろうと、あるいは純粋な興味であろうと、受賞者のそれぞれが世界をより良い方向に変えていくことは間違いありません。より公平なAIから自己組織化実験器官、潜在的な新しい物理法則まで、これらの新進気鋭の研究者の画期的な研究は、未来の最先端の科学を垣間見せてくれます。彼らはすでに注目を集め、最も権威のある学術賞のいくつかを獲得していますが、これらの専門家はまだ始まったばかりです。彼らは次に一体何を思いつくのでしょうか?

マイズン・チュー：アジア系アメリカ人コミュニティ内の環境衛生格差への取り組み
ウージン・ハン：筋肉幹細胞を成長させるための微小環境のエンジニアリング
メアリー・キャスウェル・ストッダード：より良い世界を築くために鳥の卵の不思議を調査する
カラ・マッキンリー：子宮再生の仕組みを理解する
ティナ・ラシシ: 人間の肌と髪の多様性を理解する
ブレンダン・キース: 古い数学に新たな命を吹き込む
カルロス・アルゲレス・デルガド: 南極の氷で宇宙の謎を解く
クイントン・スミス：臓器を培養して健康格差を解消
ロビン・ブリューワー: AI で疎外されたコミュニティを支援する
ロナルド・ガルシア・ルイス：宇宙の起源にレーザーを向ける

アジア系アメリカ人コミュニティ内の環境衛生格差への取り組み

米国が、最も急速に増加している移民人口から健康データを収集する方法には大きな問題がある。アジア人は、それぞれ独自の言語と文化を持つ数十カ国から米国にやって来る。学生として来る人もいれば、就労ビザで来る人もいれば、難民としてやってくる人も多い。アジア系移民は社会経済的に幅広い層に広がっているが、公衆衛生研究者は彼らのデータを一つの集団にまとめることが多い。

この集計により、アメリカに住むアジア人は平均的にはかなり健康であるかのように思われる。しかし、それではコミュニティ内の脆弱な少数派グループの経験が埋もれてしまうと、タフツ医療センターの環境疫学者、ミズン・チュー氏は言う。

チュー氏の使命は、米国、特に地域レベルでのアジア系住民の健康問題の微妙な違いを解明することだ。ボストンのチャイナタウン地区のコミュニティを研究し、大きなトレンドに隠れている可能性のある環境衛生格差を調査している。彼女の研究には、地元の団体や個人からの意見やフィードバックが取り入れられている。現在進行中のプロジェクトのひとつ、チャイナタウン HEROS は、ジョン・デュラント、ポンナパ・プラッカマクル、アジアコミュニティ開発公社と共同で行われており、チャイナタウン全体の公園やその他の屋外スペースで、健康に直接害を及ぼすことが知られている 2 つの気候変動関連変数である高温と汚染をマッピングする。最終的な目的は、コミュニティを教育し、これらのスペースをより健康にするための変更を提唱することだ。

チュー氏によると、チャイナタウンはボストンで最も暑い地域として有名だ。彼女の研究グループが作成した屋外スペースの初期の地図を見ると、その理由は簡単にわかる。この地域の公共スペースの多くは完全に舗装されており、直射日光に晒されている一方、日陰の多い緑地はチャイナタウンの外縁部にある傾向がある。

こうした格差が健康に及ぼす影響についてさらに詳しく調べるため、チュー氏とチームは2023年の夏、各屋外の場所に粒子状物質、熱、湿度を測定するセンサーを設置した。彼らは移動式監視ステーションとして機能するバンでその地域を回り、二酸化炭素、煤、二酸化窒素などの汚染物質を測定した。また、これらの空間の設定も評価し、各エリアの舗装、日陰、緑化の程度などを記録した。彼らはこの秋後半にデータの統合を開始する予定だ。

最終的な目標は「このすべてのデータを、非常に理解しやすい教育的な方法でチャイナタウンの住民に共有すること」とチュー氏は述べ、そのデータを使って変化を促進することだ。チュー氏のチームはコミュニティ パートナーと協力してフォーラムやワークショップを開催し、チャイナタウンの住民に気候や暑さの危険、健康維持の戦略について教育する予定だ。また、地元の住民にフィードバックを求め、公園や緑地にどのような変更を加えたいかなどを聞く予定だ。「それを文書化して市と共有するつもりです」とチュー氏は言う。

マサチューセッツ州西部の緊密なベトナム人コミュニティで育ったチュウにとって、このような仕事は自然なことだった。彼女の父親は結核アウトリーチ活動を行う公衆衛生従事者だった。「父はいつもコミュニティに出向いて患者を診ていたし、ベトナム人コミュニティで結核にかかっているか、結核のリスクがある新移民や難民を診ていた」と彼女は回想する。スミス大学で神経科学の学士号、エモリー大学で公衆衛生の修士号、ハーバードTHチャン公衆衛生大学院で博士号を取得し、コミュニティアウトリーチ活動に厳密な研究手法を重ねていく方法を学んだ彼女は、父の足跡をたどることは「とても理にかなったことだった」と語る。

チュー氏は、この研究には研究者と研究対象者との間の多大な信頼と協力が必要であることを学んだ。それは、地域のイベントに出席し、人々の懸念に耳を傾け、地域や文化的な背景を理解することを意味する。この道筋から、彼女は地元の組織であるボストン・チャイナタウン・ネイバーフッド・センターやアジアン・ウィメン・フォー・ヘルスと連携し、精神衛生上の危機の際に第一対応者となることが多い地域住民に対する文化的対応訓練を改善する方法を研究するようになった。チュー氏と協力者はフォーカスグループを実施してチャイナタウン住民の精神衛生上のニーズを評価し、偏見や健康保険未加入など、どのような障壁が住民の医療受診を妨げているかを調べた。彼らは第一対応者向けの既存の訓練カリキュラムを評価し、アジア系若者の自殺傾向やトランスジェンダーのアジア人が直面する精神衛生上の課題など、特定の問題に対応するのに訓練生が不十分なままになっているギャップを発見した。チュー氏と同僚は、精神衛生第一対応者訓練を実施する組織に調査結果を報告した。チュー氏は、特にこれらのトレーニングがさまざまな言語で展開されるため、やるべきことはまだたくさんあると語る。「しかし、ほんのわずかな資金でも実際に影響力のあることをできたと思うので、この取り組みを本当に誇りに思っています。」

チュウ氏は、データに自分の経験が反映されているのを見るのは、人々にとって自信につながると述べ、その洞察は、コミュニティを改善するために市や郡の役人に証拠に基づいた主張をするための力を与えてくれるとしている。しかし、研究者が研究対象とする人々の話に耳を傾け、彼らから学ばなければ、そうしたことは何も起こらないと彼女は強調する。「それが、私たちが本当に革新的で、関連性があり、そしてできれば影響力のあるものを作り出すことができる方法なのです」と彼女は言う。 —HS

筋肉幹細胞を成長させるための微小環境のエンジニアリング

ウージン・ハンのニューヨークの研究室に入ると、5セント硬貨ほどの大きさの小さなゼリー状のサンプルが並んでいるのが目に入るでしょう。これらの無色の塊は目立たないように見えますが、ハンの説明によると、それぞれが本質的には3Dのペトリ皿です。マウント・サイナイのアイカーン医科大学の整形外科助教授であるハンは、ハイドロゲル（これらの無色の塊）を生物工学で作製し、骨格筋幹細胞の自然な微視的環境に似せようとしています。

目標は、幹細胞が「自己複製能、つまり私たちが言うところの『幹細胞性』を失うことなく増殖できる」培地を作り出すことだ、とハン氏は言う。幹細胞が特別なのは、まだ特殊化していないからに他ならない。幹細胞は体の原材料であり、さまざまな種類の細胞に発達する可能性を秘めている。体を作り始めるために胎児が作る完全に柔軟な幹細胞の他に、筋肉を含むほとんどの成人の組織にも幹細胞がある。筋肉幹細胞は、体内で最も一般的な種類の筋肉である新しい骨格筋を必要に応じて生成できる。しかし、この可変性により、幹細胞を研究室で培養することは困難である。幹細胞をペトリ皿に置くと、すぐに分化を開始し、何らかのタイプの完全な細胞に変化する。ハン氏のチームが、これらの幹細胞が体内で成長する特定の微視的環境を模倣できれば、幹細胞治療や移植の新たな道が開ける可能性がある。 2022年、彼はこの研究を進めるために国立衛生研究所から220万ドルの助成金を受けた。目立たないハイドロゲルの塊が鍵となる。

幹細胞が曖昧な状態で増殖できるハイドロゲルを作るために、ハン氏と彼のチームは、硬さ、形状、化学組成など、さまざまな変数を考慮する必要があります。ハン氏は、より柔らかいゲルの方が筋組織の相対的な硬さをよりよく再現し、幹細胞が幹細胞性を維持するのに役立つこと、またハイドロゲルは筋繊維の形状に押し出すとより効果的であることを発見しました。

骨格筋幹細胞が体内でどのように増殖するかを見ることが鍵となる。通常、幹細胞は片側は筋繊維、もう片側は体の組織の間にある基底膜の間に挟まれている。「証拠は、この非対称に仕切られた微小環境が、細胞が極性を確立し、細胞分裂プロセスを誘導し始める方法を制御する上で非常に重要な役割を果たしていることを示唆しています」と彼は言う。この微小環境は、幹細胞が増殖し続け、分化しないようにする微妙なバランスを作り出す。この非対称性を再現するために、ハンと彼のチームは、細胞が2つの異なるハイドロゲルの間に埋め込まれる「サンドイッチハイドロゲルシステム」にたどり着いた。「材料工学の面で大きな進歩を遂げており、現在は生物学の核心に迫り始めています。」

ハン氏は、2015年にジョージア工科大学で博士研究員として研究を始めたときから、すでに再生医療に興味を持っていた。「私たちの筋肉は、軽度の損傷であれば驚くほど再生する能力があるのに、より重度の損傷や病気では再生しないという事実に、私はずっと興味をそそられてきました」と同氏は語る。ハン氏は、移植後の細胞生存率を改善する方法を研究するため、ハイドロゲルなどの生体材料の研究を始めた。移植とは、ドナーの骨格筋幹細胞が宿主の体内で新しい筋繊維を作り始める段階である。同氏は、無限の可能性を見出していた。骨格筋幹細胞を培養するためのより優れた培地は、重度の筋疾患に苦しむ人々にとって幹細胞療法を現実的な治療にするために役立つ可能性がある。

こうした治療法の研究は、まだかなり進行中です。しかし、今のところ、「これらの細胞は体内に非常に少ないため、大量に入手する方法はありません」とハン氏は言います。長期的には、ハン氏は患者の生体組織検査から骨格筋幹細胞を抽出できるようになることを望んでいます。ハン氏のハイドロゲルを媒体として、研究室はこれらの幹細胞を増殖させ、収集し、患者に注入することができます。これにより、外傷による体積筋喪失や回旋筋腱板損傷を患っている人の筋肉の治癒と再生を助けることができます。理論的には、これはデュシェンヌ型筋ジストロフィーなどの疾患で見られる損傷を回復させることさえできるとハン氏は言います。デュシェンヌ型筋ジストロフィーは、筋繊維が徐々に弱くなる遺伝性疾患です。しかし、それはすべて遠い将来の話であり、「まだ多くの未知の部分があります。」

ハン氏は、筋肉幹細胞の効力を永久に維持するために必要な微小環境を適切に作り直すことは大変な作業であることを認めている。しかし、ハン氏と同僚たちはハイドロゲルを改良し続け、その「幹細胞性」の期間をできる限り長く保つよう努めるつもりだ。 —HS

より良い世界を築くために鳥の卵の不思議を研究する

メアリー・キャスウェル「キャシー」ストッダードの人生には、常に鳥がつきものです。母と祖母が熱心なバードウォッチャーだったため、彼女は羽のある生き物に対する尊敬の念をたっぷりと吸収しました。

イェール大学で生物学の学士号を取得した後、ストッダードは、その興味からケンブリッジ大学で動物学の博士号を取得しました。彼女はカッコウの研究を始めました。カッコウは、他の鳥の巣にこっそりと卵を産む鳥です。「この行為を逃れるために、カッコウは卵の色と模様の優れた模倣を進化させました」と彼女は言います。「カッコウは、卵に関するあらゆる疑問に私が取り組むきっかけとなりました」。彼女はその興味を2016年にプリンストン大学に引き継ぎ、現在は同大学で生態学と進化生物学の准教授を務めています。

特に卵の形は、彼女の好奇心の大きなテーマとなった。ストッダードは、卵のさまざまなバリエーションについて詩的に語ることができる。「典型的な鶏の卵の形もありますが、多くの海鳥は非常に尖った卵を産みます」と彼女は言う。「ハチドリの卵はチックタックのようで、フクロウはゴルフボールのような丸い卵を産みます」。しかし、科学者たちは長い間、このバリエーションがどのように、そしてなぜ起こるのかをしっかりと理解していなかった。

ある説では、卵の形は栄養に関係していると考えられています。おそらく、体積に対する表面積の比率が小さいフクロウの球形の卵は、鳥の食事のカルシウム不足の解決策として生まれたのでしょう。別の学派では、鳥が一回の産卵で産む卵の数が卵の形に影響し、すべての卵が巣に最適に収まるようにしているのではないかと考えられています。さらに別の説では、崖の端に巣を作る海鳥が産む卵に見られる尖った形が、抱卵中の雛がそのような断崖から転げ落ちるのを防ぐのではないかと考えられています。しかし、これらの説はいずれも、十分なサンプル数でテストされたり、意味のある結論を出すのに十分なほど包括的に研究されたりしていません。

卵の形が多様になる理由と仕組みを解明するため、ストッダードは生物学者、コンピューター科学者、数学者などからなる学際的なチームを率いて、約 1,400 種の鳥類の 49,000 個以上の卵を分析しました。この研究により、ストッダードの研究室はさまざまな学際的手法を取り入れるようになりました。彼女の研究室では、コロラドロッキー山脈で進行中のハチドリの視覚に関するプロジェクトなど、鳥類生物学の他の側面も研究しています。

研究チームは卵の形状を数学モデルに当てはめ、生息地、食性、それぞれの種が一度に何個の卵を産むかといったデータを組み込んだ。その結果、卵の形状を最もよく予測できるのは飛行能力であることがわかった。「飛行能力の高い鳥、つまりよく飛んだり長距離を移動したりする鳥は、より楕円形、またはより尖った卵を産む傾向がある」とストッダード氏は言う。研究チームは2017年にサイエンス誌に研究結果を発表した。

その理論によれば、飛ぶのが上手な鳥は流線型の体型をしており、それが長くて薄い卵しか産み出せない骨盤に有利に働くという。卵の大きさや形を左右する進化の力はおそらくこれだけではないとストッダード氏は認めており、異なる種が進化の圧力の違いによって外見上似た卵を産むようになった可能性もある。しかし、1,400種の鳥類のデータを総合すると、飛行は強力な予測因子となるとストッダード氏は言う。

現在、ストッダードの研究室は貝殻そのものに注目している。「現在、私たちのグループの主な焦点の 1 つは、貝殻の生体力学的特性を理解することです」とストッダードは言う。「そして、それが私たちをまったく新しい一連の疑問とツールを伴うこのまったく新しい道へと導いてくれました。」

卵殻は魅力的でユニークな素材だと彼女は言う。卵殻は非常に軽量で、すぐに組み立てられる。重要なのは、卵殻は丈夫でありながらも壊れやすいということだ。成長中のひよこを守る卵は、時が来れば若い住人が自由に飛び出せるようにもしなければならない。「私と私の共同研究者は、卵殻について私たちが学んでいることを、特別な機械的特性を持つ新しい合成素材の設計に応用できると考えています」とストッダードは言う。「たとえば、外側からは割れにくく、内側からは割れやすいガラス窓が望ましい場合があります。」

卵の殻の研究には、興味深い科学的意味合いもあります。卵がどのように、そしてなぜ形成されるのかを詳細に解明することで、仲間の恐竜が絶滅する中で鳥がどのように繁栄したか、また鳥が気候変動によってどのように影響を受ける可能性があるかを知ることができます。

ストッダード氏は、自分の研究室では疑問は常に鳥類の進化に根ざしていると言う。「私たちの疑問は鳥類から始まり、進化生物学に根ざしています」と彼女は言う。しかし、彼女と同僚たちは、それらの答えを得るためにあらゆるツールと分野を活用し、研究がどこへ導くかを追いかけている。 —HS

子宮がどのように再生するかを理解する

博士研究員として、カラ・マッキンリーは興味をそそられ、科学の道筋を変えるような研究に出会いました。研究者たちは、ペトリ皿でミニ子宮を培養する新しい方法を開発したばかりでした。当時、マッキンリーはカリフォルニア大学サンフランシスコ校で腸の再生治癒特性を研究していました。しかし、子宮の生物学について学べば学ぶほど、もっと知りたいと思うようになりました。

子宮はちょっと異常です。年を取るにつれて、私たちの体は老化、病気、外傷によるダメージを受けます。体は多くの場合、自らの一部を修復したり交換したりできますが、完璧ではありません。傷跡が形成されて蓄積し、時間の経過とともにほとんどの組織の機能が低下します。

しかし、子宮の場合は少し事情が異なります。子宮は毎月の月経で、その内膜（子宮内膜）のすべてまたはほとんどを脱落させ、その後、瘢痕を残さずに失われた部分を完全に再構築します。子宮は損傷を受けないわけではなく、特定の医療処置や感染症によって瘢痕組織が残る場合があります。しかし、子宮が妊娠と出産の身体的外傷から通常回復できるという事実は、ある意味驚異的です。「人間の再生を理解する上で、これは他に類を見ないほど強力なシステムです」と、現在ハーバード大学の幹細胞および再生生物学の助教授であり、ハワード・ヒューズ医学研究所のフリーマン・フラボウスキー研究員でもあるマッキンリーは言います。

月経と子宮再生に関する研究はまだ乏しいと彼女は言う。しかし、これらのプロセスを研究することで、将来の医療に多大な可能性が開ける可能性がある。例えば、この規則的で傷のない再生の背後にあるメカニズムを理解することで、科学者は他の組織や臓器でも同様の治癒を促進できる可能性がある。月経の仕組みに関するより包括的な知識は、重い月経や生理痛の治療にもつながる可能性がある。

この分野の多くの科学者は、ペトリ皿で小さな子宮類似体を培養することで、これらの可能性を研究している。「これらの方法から生まれた素晴らしい研究がたくさんあります」とマッキンリーは言う。しかし、彼女の研究室は、子宮を文脈の中で、つまり生体の中で研究することにもっと興味を持っている。人間の臓器機能を研究する科学者は、マウスやラットをモデルとして使用する傾向がある。ある意味で、それらの生物学的特徴は人間と非常に似ている。しかし、研究室で一般的に使用される種は月経がない。実際、ほとんどの哺乳類には月経周期がない。げっ歯類の中で月経周期があることが知られているのは、カイロトゲネズミ（ Acomys cahirinus ）だけである。マッキンリーの研究室では、月経に似たプロセスを経験するように誘導できる通常の研究用マウスと一緒にこの動物を使用している。

動物の全身の文脈で月経を見ることは、私たち自身の身体のシステムを理解する鍵だとマッキンリーは言う。「月経は非常に複雑なプロセスであり、私たちはまだそれに影響を与えるすべての要素を知りません。」トゲネズミの月経を研究することで、子宮内膜の再生能力にどの変数が寄与しているかを解明するのに役立つだろう。マッキンリーは、どの細胞が子宮内膜の再生を担っているかを調べる予定だ。このテーマに関する彼女の最新の研究は、 Annual Reviewsに掲載された論文で、瘢痕を残さずに子宮の修復が行われる仕組みと、特定の医療処置後に瘢痕がなぜ発生するかについて科学者が現在知っていることをまとめている。

生殖に関する健康は、マッキンリー氏の学問的情熱にとって自然な対象です。彼女は長年、科学における男女平等をめぐる問題に関心を抱いてきました。2019 年、彼女は生物医学研究分野における女性やその他の性的少数派の存在を増やすことに専念する「リーディング エッジ」というプログラムを設立しました。

世界保健機関によると、世界には生殖年齢の女性は20億人近くいる。しかし「子宮、特に妊娠していない子宮の研究は、科学界からほとんど注目されてこなかった」とマッキンリー氏は言う。その理由の一部は、月経をめぐるタブーや偏見が広まっているためだ。また、女性の生殖に関する健康の他のすべての側面よりも胎児の発育に重点を置く傾向が長年続いている。しかし、技術的な制約もある。子宮は最もアクセスしやすい体の部分とは言えず、月経のタイミングは必ずしも規則的または信頼できるわけではない。また、2016年にカイロトゲネズミの月経が確認されるまで、研究者には月経の過程を研究するための適切な動物モデルがなかった。これらは、科学者が研究を計画する際に考慮しなければならなかった要因である。

マッキンリー氏は、こうした障壁が良質な科学の妨げになるべきではないと考えている。子宮が約 28 日ごとに脱落して再生する能力を持つ世界中の約 20 億人の人々が、生殖に関する健康に関するしっかりした研究を受けるに値すると彼女は考えている。これほど多くの未知数があり、多くの人々に影響を与える可能性のある分野を探求することは、信じられないほど刺激的である。しかし、マッキンリー氏は、発見の機会以上のものを見ている。「私たちはそれを義務とみなしている」と彼女は言う。 —HS

人間の皮膚と髪の多様性を理解する

多文化家庭で育ったにもかかわらず、ティナ・ラシシは多様性という生物科学についてあまり考えたことがありませんでした。多様性は確かにありましたが、その生物学についてはあまり考えたことがありませんでした。それが変わったのは、2011年、ケンブリッジ大学の生物人類学の学部クラスで受けていたときでした。教授がラシシとクラスメートに、皮膚の色素の変異の地図が世界中の紫外線曝露の違いとほぼ完全に重なっていることを示したときです。ひらめきが起こりました。

ラシシさんは、肌の色とメラニン色素が有害な紫外線に対する防御力として説明されているのを見て、とても興味をそそられました。「すごい、それで肌の色が説明されて、私が褐色な理由がわかる」と彼女は思いました。しかし、彼女はすぐに2番目の質問をしました。「私の髪はどうですか？」彼女は説明します。「それはとても黒人女性らしいことです。」肌と同様に、髪は黒人、特に女性が守ったり変えたりすることを強いられる、非常に人種差別的な身体的特徴です。

もし肌の色調がメラニンで測定でき、紫外線の強さと対応づけられるなら、髪を数値化して地理との関連を見つける同様の方法はないだろうかとラシシは考えた。彼女は髪の多様性、特に髪の形態とカールについて進化論的な説明を探し始めた。誰も彼女に良い答えを出せなかった。科学文献はまばらだった。髪の多様性に焦点を当てた数少ない研究は、異なる髪質の進化的機能について調査しておらず、異なる髪質を数値化しようとした研究はなかった。

そこでラシシ氏は独自の方法論に磨きをかけ始めた。彼女は、髪の毛一本一本から断片を採取してその曲線を計測し、国立衛生研究所のImageJと呼ばれるプログラムを使用してさまざまな人の髪の毛を分析・定量化することで、人間の髪の毛の形状のばらつきを測定する方法を開発した。彼女は2016年にアメリカ自然人類学誌（現在はアメリカ生物人類学誌として知られている）に研究結果を発表し、2021年にはフォローアップ研究をネイチャー・サイエンティフィック・リポーツ誌に発表した。

ラシシ氏によると、縮れた髪を表現する既存の方法の多くは偏見に満ちている。縮れ毛、縮れ毛、櫛通りが悪い、もろいなど。「こうした評価基準の多くには偏見や先入観が根付いています。なぜなら、価値観が根付いているからです」とラシシ氏は言う。

その形成期の学部クラスから 12 年間、ラシシはペンシルバニア州立大学の博士課程の学生として、髪の形と多様性に関する未解決の疑問に答えるために研究し、その後、同大学で科学コミュニケーションに重点を置いたポスドク研究職を終え、南カリフォルニア大学で法医学遺伝子系譜学に重点を置いた 2 度目のポスドク研究員を務めました。現在、彼女はミシガン大学で人類学の助教授としてラシシ研究室を運営しています。「私は自分の研究室を立ち上げることに本当に力を入れ、あらゆる目的で髪のサンプルを定量的かつ正確に測定したい人たちの拠点となるようにしたいと思っています」と彼女は言います。

ラシシ氏は現在、髪の形と機能の第一人者であり、探求したいと考えている疑問は、カールパターンのバリエーションをはるかに超えています。たとえば、ラシシ氏はホルモンと髪の成長の複雑な相互作用を研究することに興奮しています。「体内にテストステロンがたくさん流れていても、あごひげが十分に生えるとは限りません。また、抜け毛もあります」と彼女は言います。これらの関係は十分に理解されていませんが、抜け毛の治療法や性別適合治療の選択肢を変える可能性があります。ラシシ氏はまた、人工知能の偏りを減らすために、顔の毛と肌の多様性に関する研究を立ち上げています。膨大なデータセットで AI をトレーニングできますが、「特定のバリエーションの構造を理解していなければ、無意識のうちに偏ったトレーニングデータセットを作成してしまう可能性があります」と彼女は言います。

ラシシ氏が現在この分野で注力しているのは、遺伝情報を含む毛髪に関するデータをできるだけ多く集めることだ。「遺伝情報やあらゆる種類の科学データを含む素晴らしいリソースやデータベースはたくさんあります」とラシシ氏は言う。「しかし、毛髪に関するデータは、たとえ含まれていたとしても、分類的、主観的、そしてたいていは自己記述的です」つまり、人々が自分の毛髪について独自の非標準化された説明を提供しているということだ。ラシシ氏の研究室は、彼女の質問に答えられるだけの正確で精度の高い測定を行うために、毛髪サンプルの収集作業を継続する必要がある。また、毛髪提供者の遺伝データを集めるために唾液を綿棒で採取する予定だ。

医療や AI への応用の可能性を超えて、人間の多様性の背後にある進化についての理解を深めることは、力を与えてくれる可能性があります。ラシシの最新の論文では、人間の頭髪は太陽から頭を守るために進化したという証拠が提示されており、きつくカールした髪は太陽光線から最も保護され、風通しがよく頭を冷やすことができるという証拠が示されています。自分の特徴がどのように生まれたかを知ることで、自分に対する考え方が変わる可能性があるとラシシは言います。紫外線と皮膚のメラニン形成を関連付けるその研究を知ったことで、彼女は自分がなぜそのように見えるのかを改めて理解するようになりました。彼女は今後、他の多くの人にも同じことをしてあげたいと考えています。 —HS

古い数学に新たな命を吹き込む

コンピューターシミュレーションは私たちの生活のあらゆるところに関わっています。造船、エンジニアリング、航空宇宙など、製造業のあらゆる分野は、過去約 60 年間に開発された一連のアルゴリズムに基づいていると、ブラウン大学の応用数学助教授であるブレンダン キースは言います。有限要素法と呼ばれるこれらのタイプのアルゴリズムは、キースのような研究者がさまざまな環境で物体がどのように動作するかを予測するのに役立ちます。これが、たとえば巨大な高層ビルを設計するエンジニアや、巨大な貨物船を建造するメーカーにとって特に役立つ理由はわかります。

子どもの頃、ブレンダン・キースは、自称「計算科学オタク」になるとは思ってもいませんでした。しかし、高校の物理に夢中になり、さまざまな物体が空中をどのくらい飛ぶのか、どこに着地するのかをモデル化することに熱中しました。やがて、彼は物理学から幾何学、そして最終的には応用数学へと焦点を移し、2013年にカナダのマギル大学で修士号を取得しました。5年後、彼はテキサス大学オースティン校で計算科学、工学、数学の博士号を取得しました。現在、彼は理論を駆使して、私たちの周りの世界を説明しようとしています。

ブラウン大学の助教授であるキースは、古い数学に新しい命を吹き込んでいます。彼は現在、近似ガラーキン法（ソ連の数学者ボリス・ガラーキンにちなんで名付けられた一連の方法に最近追加された）と呼ばれる方法で、古い手法をアップデートしようとしています。

問題となっているのは、シミュレーションを世界の仕組みと一致させることです。これには、コンピューター シミュレーション中に 1 つのオブジェクトが別のオブジェクトを貫通するのを防ぐことが含まれますが、このエラーにより、画面外での展開を予測することが難しくなります。たとえば、飛行機メーカーが飛行中にジェット機の翼の周りを空気がどのように移動するかをモデル化する場合、気圧条件が現実を反映していることを確認する必要があります。これまでのところ、現実の物理法則に違反してコンピューター モデルを台無しにすることなく、このようなシナリオを正確にシミュレートすることは困難でした。そこで、キースと共同研究者のトーマス スロウィエックは、コンピューター上で「問題を小さな部分に分割」し、各部分に数学的変換を施してシミュレーションを実行し、それらを再結合する方法を見つけました。

彼らの新しい解決策は、このタイプの作業にかかる時間とコストを削減し、最も重要なのは、コンピュータ モデルが狂うことを防ぐことです。たとえば、近接ガラーキン法は、鋼鉄が電柱に巻き付くのではなく電柱に侵入するのを防ぐことで、自動車事故のシミュレーションを正しく実行するのに役立ちます。今年、キースは、この研究と、彼が考案している他の新しい数値手法を微調整するために、エネルギー省から 80 万ドルを超える助成金を受け取りました。

キースは、2021年にも多くの機械学習テクニックを開発しました。 - 重力波として知られるリップルを作成します。）しかし、そのプロセスは時間がかかり、スーパーコンピューターを必要とする可能性があります。

彼の新しい資金で、キースは多くの問題に近位の問題を適用したいと考えています。研究者。

「私の夢は、人々が50年後にまだ使用しているアルゴリズムを開発することです」とキースは言います

南極の氷で宇宙の謎を解く

何十年も、物理学者は私たちの宇宙を広く受け入れてきました。私たちの宇宙。

標準モデルのもう1つの穴：それは、標準モデルの各平方センチメートルを介して約650億人が瞬時に急増する、標準的なモデルを介して、ニュートラル粒子であるニュートリノに関する重要な事実を説明していません。 それらは実際には、宇宙に質量がある最も豊富な粒子です。

「粒子の物理学者は探偵のようです」と、ハーバード大学の物理学の助教授であるカルロス・アルグエル・デルガドは言います。

この目立った矛盾は、10年以上前にペルーの母国で物理学者のプログラムを完了しましたこの焦点を計算に掘り下げ、不可解な粒子を知るようにしようとする理論に焦点を当ててください。

これは、ニュートリノが他のタイプの物質と相互作用することはめったにありません。 。

ニュートリノは不可能である可能性がありますOSは氷と相互作用し、チェレンコフ放射と呼ばれる青い輝きを発する粒子を作成します。

2011年に発売されて以来、IceCubeは宇宙の「最も暴力的な」場所のいくつかからのエネルギーを詰め込んだニュートリノを検出しました。

多くのニュートリノは、昨年、4700万の光の中で、私たちの穴が折りたたまれた粒子が存在するとき、 Argüelles-Delgadoは、新しい洞察のためにこの情報をふるいにかけます。

Argüelles-Delgadoと世界中の同僚によって研究されているこのようなIceCubeデータは、とらえどころのない暗黒物質の狩りに役立ち、ブラックホールを詳しく見て、物理学の新しい法則を特定することさえできます。

次の10年間で、鋭いセンサーとキャリブレーションは、新しい洞察を得ることができます

健康格差を解決するための臓器の成長

すべての新薬の90％が人間の試験で失敗します。これは、動物の被験者にとって安全であることが判明した物質が人々にとって有毒であることが多いため、幹細胞から組織を栽培するためのより効果的な薬物をもたらす可能性があります。

この未来的な分野は訴えました に 2007年にニューメキシコ大学の化学エンジニアになるように勉強し、患者の相互作用は研究と同じくらい彼にアピールしていないことに気づきました。幹細胞工学の初期のリーダーであるエレヒトは、研究のためにオルガノイドと呼ばれる研究室で成長したグループを活用し、最も致命的で最も難しい状態のいくつかを活用しています。

「その幹細胞の視点とエンジニアリングの背景を持つことは、非常に強力なツールです」とスミスは言います。

研究者は、今日のオルガノイド実験の基礎を数十年にわたって費やしてきました。

2021年にカリフォルニア大学の研究室は、これらのオルガンモデルをいじくり回していますSmithによると、組織工学のGrail」：彼らは細胞に酸素と栄養素を供給し、ラボで栽培された構造のますます大きなグループが通信し、繁栄することを可能にする可能性があります。

彼のエンジニアリングのノウハウのおかげで、スミスは、彼のチームが「オルガン」を塗っています。これは、結合組織を形成するのに役立ちます。これは、私たちの体内の血管系を模倣するチューブを形成するのに役立ちます。

Smith's team can send liquids through the faux blood vessels to learn, for example, how changes in blood flow contribute to disease development, or how a specific drug might affect circulation. Smith says this type of work on liver models, which he first delved into during his postdoctoral research, is particularly important. No FDA-approved drugs exist for end-stage liver diseases like cirrhosis, which disproportionately affects marginalized groups such as Latino and Black people.

患者の幹細胞を使用することで、彼は薬物に対する独自の反応をテストし、スミスを開発することで、医師が幹細胞を簡単に掘り出した場所に閉じ込めることで病気の臓器の機能を回復できると考えています。

スミスはまた、彼の偽りの臓器のギャップに取り組んでいます。この現象の背後にある正確なメカニズムは不明のままです。

この緊急のパズルを解決するために、彼は胎盤のような細胞を作成するために開発された技術を使用しています。疎外されたコミュニティの妊娠

AIとの疎外されたコミュニティに力を与える

唯一の子供として、ロビン・ブリューワーは、彼女のコンピューターをいじくり回しています。 C ++。

しかし、2013年にノースウェスタン大学で博士号を取得していたとき、ブリューワーは他の人がテクノロジーに対応する傾向があることに気付きました。

「私は、研究と設計のためのより高齢化と障害者の最初のアプローチの擁護者です」と、ミシガン大学の情報の助教授であるブリューワーは言います。

これらの格差を改善するために、ブリューワーは高齢者と障害のある人々からのフィードバックを開発しました。それはステレオタイプに頼らずに自分のように聞こえました。

彼女の仕事は、米国が在宅医療従事者のかなりの不足で争うように特に役立つ可能性がありますが、この文脈では人間の専門家をオートマトンに置き換えるべきではありません。

現在、Brewerは介護者に耳を傾けるプログラムに取り組んでおり、その後、人間またはAIの概要を提供しています。

ブリューワーは、彼女の作品の多くが疎外された集団に利益をもたらすことができると信じていますが、2023年6月に公開された研究では、バイアスに向けて偏っています。 ation、そして他人に頼っている人々について援助を求めて有害な発言をすることができます。

研究者は、AIが色と高齢者のコミュニティに向けて提示する偏見について作業を行ってきましたが、障害者コミュニティに対する害は、より有用であり、より多くの感度を示すことが可能であると述べています。

昨年、ブリューワーは、国立科学財団の名誉ある早期キャリア賞から50万ドル以上を授与され、高齢者がオンラインの潜在的な欠点を回避するのに役立つ音声技術と、侵略的な監視のリスクを考慮して、彼女はユーザーがデジタル境界を構築し、誤ったものを見つけました。

「それはすべて虹と日差しではありません」と彼女は言います

宇宙の起源でレーザーを狙う

私たちの宇宙は何十億年も前のことですが、ビッグバンは私たちの周りのすべてをどのように構成しているかについての多くの未回答の質問がありますが、研究者はヨーロッパの組織の間で首相の間で勇気を持っているために、ヨーロッパのハドロンを叩くために、ヨーロッパの組織の間で大規模なハドロンの組織を奪いました。 。

しかし、ベルギーのKu Leuvenで、Cernで働いた後、MITのMIT助教授であるGarcia Ruizによると、大規模なHadron Colliderは科学者が探しているすべての答えを提供することはできません。

彼は宇宙の始まりを掘り下げて、その内臓を垣間見ることができます電子を備えたこの「スイカ」の内部で、より明確で正確なビューを提供します。

彼と彼の同僚は、中性子とプロトンの不均衡を持っているため、仕事を成し遂げるために放射性原子と分子を作成します。

これらの放射性物質を作成するのは困難ですが、ガルシア・ルイスと彼のチームは、ミシガン州立大学が運営する米国のエネルギー科学施設であるCERNと希少同位体梁を含む専門の核物理学研究所で働いています。粒子は、同じ要素の異なる同位体の間でエネルギーのシフトをキャッチします。

これらの放射性物質は、1秒未満で消滅する可能性があるため、すべての粒子と、これらの研究の基礎を識別する（または存在する）粒子を識別する（または支配する）ことができます。

このレーザー前の手法は、科学者に自然のビルディングブロックのクローズアップビューを提供するため、大規模なハドロンコライダー法をうまく補完します。

ガルシア・ルイスの仕事は、粒子物理学の世界の外でも波を起こしています。活発な崩壊。ガルシア・ルイスは、中性子星などの中性子が豊富な物質のダイナミクスを研究するチームが燃料を伸ばして崩壊したときに形成される中性子のトンで放射性核を作成する実験を調整しました。

最終的に、彼は標準モデルのギャップのいくつかを差し込み、生命の起源、宇宙、そしてすべてを掘り下げることを目指しています。

「私たちは本当に基本的な物理学の理解において革命の時代だと思います」と彼は言います