Markéta Tomková vystudovala informatiku na Matfyzu, její záběr však hranice počítačových věd přesahuje. Aktuálně studuje na University of Oxford obor, který kombinuje využití informatiky v biologii a medicínských oborech. Informatička tak ve Velké Británii zkoumá kůru myšího mozku nebo DNA modifikace rakovinových buněk.
Po úspěšném magisterském studiu informatiky na Matfyzu jste se rozhodla studovat obor „Life sciences interface“ na Oxfordu. Co vás k tomu vedlo?
V průběhu magisterského studia na Matfyzu jsem si uvědomila, že bych se ráda od čisté informatiky posunula k využití informatiky pro jiný obor. A jelikož mne vždy hodně zajímaly obory přírodovědné/medicínské, tak jsem začala hledat možnosti propojování informatiky a přírodních věd. Postupně jsem zjistila, že těchto možností je obecně hodně, jenom u nás to ještě není moc běžné. To pro mě alespoň byla motivace odhodlat se ke studiu v zahraničí, kde jsou podobná propojení běžná již delší dobu. Řekla bych, že znalosti informatiky se pro ostatní obory stávají čím dál tím důležitější – jak roste množství dat, která je třeba zpracovávat a dolovat z nich informace.
Začala jste tedy studovat informatiku již s cílem aplikovat ji takto konkrétně?
Vůbec ne. Když jsem byla na gymnáziu, dlouho jsem se rozhodovala, jestli jít na medicínu, anebo na Matfyz. Rozhodla jsem se vlastně v posledním možném momentu v den zápisu a vnímala jsem to jako úplnou rozbočku ve svém životě. Čekala jsem, že ze mě bude třeba programátorka v nějaké IT firmě nebo něco podobného. Postupně jsem ale začala narážet na biologické aplikace informatiky a nacházela pozitivní překvapení v tom, že tyto aplikace nejsou jen v nějakém nízkoúrovňovém programování přístrojů nebo medicínských databází (což by mě ani jedno asi moc nebavilo). Až tehdy jsem si uvědomila, že se mohou mé zájmy smysluplně propojit.
Můžete nás seznámit s konkrétními řešeními využití mezioborové informatiky, která vás překvapila, fascinovala, inspirovala?
Osobně mi přijde, že informatika může být užitečná snad pro všechny obory, co mě napadají – od matematiky, financí, přes sociologii, až třeba k historii. Ale konkrétně v přírodovědno-medicínských oborech bych vybrala třeba následující tři příklady:
- Zpracovávání dat o lidském genomu. S tím, jak se vyvíjí biologicko-chemické techniky na sekvencování genomu, získáváme obrovské množství dat o DNA, RNA (tedy i o expresi genů, ale i o jednotlivých verzích genů daných alternativním splicingem), epigenetice (methylaci a hydroxymethylaci cytosinu v DNA, ale i modifikacích histonů), transkripčních faktorech atd. Všechny tyto informace nějak souvisí s kódováním a signalizací fungování buňky, takže mě na tomto bádání fascinuje mimo jiné i jistá paralela s kódováním a signalizací v informatickém světě. Rozhodně ale toto množství dat není možné procházet ručně – a právě zde se ohromně hodí různé více či méně klasické informatické algoritmy (třeba i dynamické programování nebo grafy), statistika, matematika i modelování.
- Použití strojového učení a dalších statisticko-informatických technik na automatické zpracování vcelku libovolných velkých dat a hledání v nich různých vzorů/klastrů/souvislostí. Konkrétně jsem byla například ve skupině, kde se podobné techniky úspěšně (a v praxi) používaly na predikci rizika úmrtí pacientů po operaci, což se pak dalo využít k lépe informované léčbě (např. přednostní) v oblastech s nízkým počtem dostatečně kvalifikovaných lékařů.
- Automatické zpracování obrázků či videí z mikroskopů a jiných zobrazovacích technik (magnetická rezonance, výpočetní tomografie, echokardiografie, atd.). To je potenciálně ohromně užitečné jak pro doktory, kterým to ušetří čas, tak pro vědce, kteří mohou tyto programy využít na přesnou kvantifikaci pozorovaných událostí (například kdy vypálil který neuron, jak se šíří arytmické vlny v srdci, kolik nádorových buněk je zničeno určitou léčbou, apod.).
„V biologii je někdy těžké neztratit se v množství detailních informací. Informatický pohled může pomoci uvidět vysokoúrovňovou logiku a vazby.“
Zabývala jste se také umělou inteligencí. Co vás fascinuje na umělé inteligenci a jaký má vztah k biologii či medicíně?
Mě osobně na umělé inteligenci bavilo to, že dává člověku informatický pohled na biologické jevy: jak funguje paměť, jak funguje přenos informace v mozku, jak se osoby či zvířata pohybují ve složitém prostředí, jak si toto prostředí interně reprezentují a podobně. Přijde mi, že toto informatické myšlení může být v biologii velmi užitečné a může pomoci pochopit biologické jevy, kterým doposud nerozumíme. V biologii je někdy těžké neztratit se v množství detailních informací. Informatický pohled může pomoci uvidět vysokoúrovňovou logiku a vazby. Praktická znalost informatiky a matematiky pak dává nástroje, jak si jednotlivé hypotézy ověřovat: buď analýzou existujících dat, nebo simulací v modelu.
Na svých stránkách máte několik zajímavých projektů, kterými se zabýváte, nebo jste je již úspěšně dokončila. Můžete nám alespoň stručně na konkrétních případech popsat, čím jste se zabývala?
Jeden z mých nejoblíbenějších (ale zároveň nejnáročnějších) projektů byla má diplomová práce, jejímž cílem bylo navrhnout poměrně komplexní model myší sluchové kůry, naprogramovat simulátor, který umožní výpočetně náročné simulace tohoto modelu, a nakonec využít tento model pro zkoumání přenosu informace ve sluchové kůře. Tento projekt nakonec přešel v dlouhodobější výzkum, na kterém společně s týmem několika dalších lidí pracujeme. V rámci tohoto projektu jsem si prošla od nadšení možnostmi neurovědeckého modelování přes zklamání z toho oboru (mnoha „modelářům“ vlastně vůbec nejde o tu biologii, ale jen o to, jak tam uplatnit nový typ diferenciálních rovnic, takže ty modely pak nejsou moc užitečné) až k určitému racionálně-střízlivému pohledu, že je to náročný obor, který však může dát velmi užitečné výsledky, pokud se člověk snaží, navrhuje své experimenty a pokládá otázky vhodným způsobem.
„Srovnám-li distribuci kvality výuky, kterou jsem absolvovala na Oxfordu a pět let na Matfyzu, tak z toho pro mě Matfyz vychází lépe.“
Co všechno si lze představit pod pojmem „Life sciences interface“? Jak na vás studium na Oxfordu zapůsobilo?
Zde na Oxfordu se takto jmenuje doktorandský program, kde se sejdou studenti z velmi odlišných oborů, jako je biologie, medicína, informatika, matematika, fyzika, chemie, inženýrské obory, farmakologie apod. Během prvního roku absolvují asi 12 blokových předmětů s tématy propojujícími všechny tyto obory. Ještě než si zvolí oblast a téma pro zbylé tři roky doktorského studia, tak si mohou dvě témata vyzkoušet v rámci dvou tříměsíčních projektů. Toto celé schéma mi přišlo skvělé, protože jsem měla spoustu času poznat mnoho odlišných oblastí výzkumu, kde se dá informatika pro přírodní vědy využít. Také jsem byla nadšená z množství a různorodosti projektů, které se tu na světové úrovni řeší a ze kterých jsme si mohli vybírat. A nakonec to, že si člověk může téma, obor a skupinu nejdříve na kratší dobu ozkoušet, je podle mě velmi užitečné. Já jsem takto nakonec skončila ve skupině a projektu, který bych si jinak patrně nevybrala – a to bych o hodně přišla. ;)
Na druhou stranu, musím se přiznat, že jsou aspekty, ve kterých Oxford má očekávání nenaplnil. Jedním z těchto aspektů byla kvalita výuky v rámci těch 12 blokových předmětů, která byla často poměrně slabá. Z Matfyzu jsem byla zvyklá na výborně připravené hodiny, přátelské vyučující nadšené pro svůj obor a pro diskuze se studenty, v podstatě ochotné věnovat studentům tolik času, kolik budou potřebovat. Zároveň bylo na Matfyzu samozřejmé, že ve všech předmětech je velký důraz na logické souvislosti a do jisté míry na propojování znalostí mezi předměty. Uznávám, že přidáme-li k informatice 7 dalších oborů, je podobná výuka mnohem těžší. Přesto mi přijde, že je tu (v oxfordském LSI programu) ještě prostor ke zlepšení. A dá se to vlastně brát také jako pozitivní překvapení. Srovnám-li distribuci kvality výuky, kterou jsem absolvovala na Oxfordu a pět let na Matfyzu, tak z toho pro mě Matfyz vychází lépe. Na třetí stranu, v doktorandském studiu už výuka není to podstatné a z hlediska výzkumu jsem Oxfordem nadšena.
Na čem pracujete nyní?
Zde v Oxfordu pracuji v bioinformatické skupině v rámci Ludwigova institutu pro výzkum rakoviny. Konkrétně se nyní zabývám rolí DNA modifikací v rakovině a jejich vlivu na somatické mutace.
Kdo vás nasměroval na vaši cestu?
Určitou roli a inspiraci v tomto procesu hrálo několik lidí – především ale tři z nich. Prvně Cyril Brom, který na Matfyzu výborně učí několik biologicky laděných předmětů (např. Informatika a kognitivní vědy) a vede skupinu AMIS zabývající se umělou inteligencí. Díky němu a této skupině jsem měla možnost dozvědět se více o umělé inteligenci a relativně nezávazně si vyzkoušet, zda by mě bavil vědecký výzkum, už během bakalářského a magisterského studia. Druhý člověk, který měl na mou volbu oboru samozřejmě obrovský vliv, je Jakub Tomek, můj muž a původně spolužák z Matfyzu, který měl stejně biologicko-informaticky laděné zájmy jako já a díky němuž jsem se odhodlala jít cestou, která nebyla tak běžná či přímočará. A nakonec je to Ilona Navrátilová, má profesorka chemie z gymnázia, která do mě tehdy zasela nadšení pro chemii a přírodní vědy a hledání logiky a krásy v těchto oborech. Myslím, že i díky ní jsem si zde na Oxfordu vybrala jeden z projektů související s molekulární genetikou – a ten jsem si nakonec zvolila i jako svůj obor doktorátu. Nakonec moje rozhodování a studium v Oxfordu hodně ovlivnila nadace Bakala Foundation, díky jejíž finanční podpoře zde mohu studovat.