Jean M. Carlson

Jean Marie Carlson
Född	1962 (60–61 år)
Alma mater	Princeton University Cornell University
Känd för	Komplexitet
Vetenskaplig karriär
institutioner	University of California, Santa Barbara

Jean Marie Carlson (född 1962) är professor i komplexitet vid University of California, Santa Barbara . Hon studerar robusthet och återkoppling i mycket sammankopplade komplexa system , som har tillämpningar inom en mängd olika områden, inklusive jordbävningar, skogsbränder och neurovetenskap.

tidigt liv och utbildning

Carlson studerade elektroteknik och datavetenskap vid Princeton University och tog examen 1984. Hon flyttade till Cornell University för sina forskarstudier och tog en magisterexamen i tillämpad fysik 1987. 1987 bytte hon till teoretisk fysik av kondenserad materia för sina doktorandstudier och avslutade sin doktorsexamen 1988. Hon arbetade under överinseende av James Sethna på spinglasmodellen i Bethe Lattice . Carlson arbetade vid Kavli-institutet för teoretisk fysik som postdoktor hos James S. Langer .

Forskning och karriär

Carlson utnämndes till fakulteten vid University of California, Santa Barbara 1990. Hon arbetar med grundläggande teorier och tillämpningar av komplexa system . Hon tilldelades ett David och Lucile Packard Foundation- stipendium 1993, vilket gjorde det möjligt för henne att studera de fysiska och matematiska principerna som ligger till grund för komplexitet. Carlson använder mycket optimerade toleransmetoder (HOT) som kopplar samman utvecklande struktur med kraftlagar i starkt sammankopplade system. Carlson utvecklade HOT-mekanismen i början av 2000-talet och har sedan dess tillämpat den på komplexa system inklusive immunsystemet, jordbävningar, skogsbränder och neurovetenskap. HOT representerar ett förenande ramverk som kan kopplas till externa miljöer, vilket skiljer sig från självorganiserad kritik och kanten av kaos .

Carlson har använt beräkningssystembiologi för att förstå immunsystemet . Hon studerar hur immunförsvaret förändras med åldern, liksom autoimmuna sjukdomar och homeostas . Carlson arbetade med Eric Jones för att utveckla en matematisk modell som kan analysera och förutsäga interaktioner i tarmbakterier hos fruktflugor . Förhoppningen är att denna modell ska kunna förklara människans tarmmikrobiome . Deras modell visade att interaktionen mellan bakterier i tarmen är lika viktig för den övergripande hälsan hos en fruktfluga som deras närvaro i tarmen.

Hon har också tillämpat komplexitetsteori på neurovetenskap och identifierat egenskaperna hos neurala nätverk som är skyddade i den friska befolkningen. Att förstå dessa nätverk kan förklara sambandet mellan strukturen av vit substans och kognitiv funktion. Carlson försöker förklara hur neurala nätverk är involverade i inlärning och minne, genom att jämföra dem med beräknings- och biologiska informationsbearbetningsstrukturer. Carlson är särskilt intresserad av sekventiell inlärning; som kombinerar ny information med tidigare kunskap. Hennes arbete kombinerar beräkningsmodeller med experimentella data från elektroencefalografi och magnetisk resonanstomografi . Hon visade att de delar av hjärnan som synkroniserar deras aktivitet under minnesrelaterade uppgifter blir mindre men fler när människor åldras.

Tillämpningen av statistisk mekanik på materialvetenskap kan hjälpa till att beskriva egenskaperna hos granulära material . Hon tillämpar skjuvningstransformationszoner på granulärt material för att beskriva hur de flyter och fastnar. Detta arbete bidrar till hennes studier av friktion i jordbävningsförkastningar , hastighets- och tillståndslagar och reologiskt kaos. Carlson har studerat komplexitet inom flera områden av jordbävningsfysik, inklusive dynamisk ruptur och superskjuvning. Hon utvecklade en algoritm (Highly Optimized Tolerance Fire Spread Model, HFire) som kan modellera spridningen av en skogsbrand, som kan användas för att förstå den långsiktiga utvecklingen av skogsekosystem och hjälpa till att samordna skogsförvaltningen. Hon har undersökt mänskligt beslutsfattande i katastrofinsatser, i ett försök att göra evakueringar säkrare och effektivare. Hon har undersökt de avvägningar som uppstår vid skogsbränder , med hjälp av modeller för ekonomi, befolkningar och brandspridning. Detta kräver dynamiska beslutsverktyg, eftersom tidsfördröjningar kan resultera i fler bränder och efterfrågan på resurser. Hon har också studerat hur informationsnätverk påverkar beslut, och sambandet mellan informationsspridning och socialt delande.

Carlson har också tillämpat komplexitetsteori på ekonofysik , evolution och kontrollteori . Hon har gästprofessurer vid Santa Fe Institute .

Erkännande

Carlson valdes till Fellow i American Physical Society (APS) 2021, efter en nominering från APS Topical Group on Statistical and Nolinear Physics, "för utvecklingen av matematiskt rigorösa, fysikbaserade modeller av olinjära och komplexa system som har påverkade ett brett spektrum av områden, inklusive neurovetenskap, miljövetenskap och geofysik.