Start van een nieuw avontuur dankzij Europese miljoenenbeurs

22 november 2022

Francesca Grisoni, Maarten Schoukens en Ruud van Sloun zijn zowel universitair docent aan de TU/e als ook de meest recente ontvangers van een ERC Starting Grant.

Vlnr: Francesca Grisoni, Ruud van Sloun en Maarten Schoukens. Foto: Loraine Bodewes

Drie jonge, getalenteerde onderzoekers aan de TU/e ontvangen een ERC Starting Grant. Met deze persoonlijke beurs kunnen zij de komende 5 jaar eigen onderzoek gaan doen. Francesca Grisoni wil op een nieuwe manier naar AI kijken om die te gebruiken om medicijnen te ontdekken. Ruud van Sloun ziet wegen om de beeldkwaliteit van echoscopie enorm te verbeteren met slimme AI. Maarten Schoukens gaat data-driven en op fysica gebaseerde meet- en regeltechniek-modellen gebruiken om tot nieuwe, hybride data-driven modellen te komen. Een interview met de drie kersverse ontvangers van de beurzen.

De ERC Starting Grants zijn persoonlijke beurzen van 1,5 miljoen euro voor high risk – high gain fundamenteel onderzoek gedurende vijf jaar. Dat betekent dat het onderzoek zeer veelbelovend is, maar dat ook het risico bestaat dat het niets oplevert. De ontvangers van deze beurzen zijn jong, want het aanvragen van deze beurs kan alleen binnen de periode van 2 tot 7 jaar na het behalen van een PhD. De procedures zijn strikt, de kansen klein, de concurrentie groot en de aanvraagperiode beperkt.

Dit jaar zijn er maar liefst drie jonge wetenschappers aan de TU/e door die selectieronde gekomen: Ruud van Sloun en Maarten Schoukens van de faculteit Electrical Engineering en Francesca Grisoni van de faculteit Biomedical Engineering.

Foto: Loraine Bodewes

Waarom besloot je een ERC Starting Grant aan te vragen?

Ruud van Sloun: “Voor mij was dat nog geen doel op zich, al wist ik wel dat ik het in ieder geval één keer zou willen proberen. Ik had juist eind 2021 een soort mini-sabbatical gepakt. Ik wilde terug naar de kern van mijn werk. Wat inspireert me? Wat wil ik onderzoeken? Wat drijft me? Daarom nam ik vrij en las ik veel wetenschappelijke publicaties, onder andere vanuit de neurologische wetenschap over hoe het menselijke brein visuele informatie verwerkt en interpreteert.”

“Ik kreeg een ingeving over hoe ik in mijn vakgebied (AI in beeldverwerking, red.) echt gaaf onderzoek zou kunnen doen om bepaalde inzichten uit de biologie te gebruiken in onze algoritmes. Tja, en dan is er maar één plek waar je voor dergelijk fundamenteel onderzoek terecht kunt: het ERC.”

Maarten Schoukens. Foto: Loraine Bodewes

Maarten Schoukens: “In de omgeving waarin ik werk op de TU/e en daarbuiten zitten veel onderzoekers die ooit een ERC grant hebben gehad. Dat werkt inspirerend. Daarom wilde ik in ieder geval één keer een poging doen om er zelf een aan te vragen. Voor mij moet het idee van het onderzoek waarvoor ik zo’n aanvraag doe, wel rijpen. Ik loop al een paar jaar met het idee rond wat ik zou willen doen en door te spiegelen met collega’s in het team, op congressen en buiten de universiteit scherpt zo’n idee zich dan aan. Een workshop van het Personal Grants Office (PGO) voor de zomer van 2021 was voor mij de start van het eigenlijke schrijftraject.”

Francesca Grisoni: “Ik ben gepassioneerd, ambitieus en gedreven, daarom wilde ik graag genoeg tijd hebben om twee keer een ERC aan te vragen. Inderdaad, voor het geval het de eerste keer niet zou lukken. Ik was net naar Nederland verhuisd vanuit Zwitserland, dus vond ik het een perfect moment om na te denken over het onderzoek dat ik wilde doen en aan de aanvraag te beginnen.”

“In het begin als je ergens net bent, dan is het in verhouding nog rustig qua werk, vind ik. Dit is mijn eerste eigen team en ik was alles nog aan het opbouwen. Dat gaf me genoeg tijd om na te denken over mijn voorstel en datgene wat mij écht motiveert in onderzoek. Ik wilde het onbenutte potentieel van AI volledig gaan benutten om medicijnen te ontdekken. Dus daar heb ik mijn plan en voorstel op gebouwd.”

Model Completion through Nonlinear System Identification (COMPLETE) - Maarten Schoukens

Meet- en regeltechniek is een breed vakgebied dat zich bevindt op het snijvlak van werktuigbouwkunde, wiskunde & informatica, en elektrotechniek. In de meet- en regeltechniek spelen wiskundige modellen van de werkelijkheid een belangrijke rol, denk hierbij bijvoorbeeld aan mechatronische systemen, mechanische structuren, auto’s en drones, maar ook biofysische systemen zoals ons eigen lichaam.

“Er zijn meerdere manieren om het modelleren van dynamische systemen aan te pakken. Enerzijds kan je op basis van de fysica een model opstellen: dat vraagt een zeer gedetailleerde kennis, en sommige effecten zijn zeer moeilijk te beschrijven aan de hand van fysisch inzicht alleen. Anderzijds kan je ook op basis van gemeten data een model afschatten. Zulke modellen hebben een minder duidelijke link met de onderliggende fysica van het systeem, maar kunnen moeilijk te beschrijven effecten goed modelleren”, licht Schoukens toe.

Door op een slimme manier de fysische inzichten en modelleringstechnieken te combineren met gemeten data, gaat Schoukens met zijn team nieuwe, dynamische modellen ontwikkelen die het beste van beide werelden combineren. Schoukens: “Dit gaat ervoor zorgen dat deze modellen de werkelijkheid nauwkeuriger kunnen weergeven en dat we beter kunnen voorspellen hoe een systeem zich in de echte wereld gaat gedragen. Met deze nieuwe modellen kunnen we vervolgens betere systemen ontwerpen die beter presteren en minder energie verbruiken.”

Foto: Loraine Bodewes

Hoe heb je het aanvraagproces ervaren?

Maarten Schoukens: “Het is op zich wel vergelijkbaar met andere persoonlijke wetenschapsbeurzen waarvoor ik in het verleden aanvragen heb ingediend. Het is een traject van nadenken, schrijven en eindeloos herschrijven. Het PGO is daarbij een grote steun geweest, omdat zij heel gerichte feedback konden geven over waarop gelet gaat worden door de beoordelende commissie.”

“Het is denk ik in mijn voordeel geweest dat het ERC zich meer richt op fundamenteel onderzoek. Dat schreef wel makkelijker, vond ik persoonlijk. Toch vond ik de vragen bij de verdediging best heftig, maar gelukkig kwam ik er snel achter dat dat heel normaal is. Dus je zult begrijpen dat het nieuws dat ik een beurs krijg, voelde als het winnen van een loterij. Ik zweefde een beetje de laatste weken.”

Ruud van Sloun. Foto: Loraine Bodewes

Francesca Grisoni: “Gelukkig had ik vanaf de lente van 2021 de tijd om aan mijn idee en voorstel te werken. Daarbij heb ik veel gehad aan de workshops van PGO en hun gerichte feedback. Aan het einde is het altijd een laatste eindsprint, maar ik wist dat dat erbij hoorde. Eigenlijk verliep het proces dus wel zoals ik verwacht had. Het was een geweldige kans om in de literatuur te duiken en te focussen op wat mij motiveert als wetenschapper.”

Ruud van Sloun: “Vergeleken met andere kandidaten heb ik eigenlijk een vreemd proces gehad. Mijn eerste mail aan het PGO is van begin december 2021. Ik was eigenlijk niet per se van plan deze ronde een ERC-aanvraag in te dienen, maar werd tijdens mijn mini-sabbatical opeens zo enthousiast van een idee dat ik dacht: waarom niet? Het voorstel schreef zich vervolgens eigenlijk vanzelf dankzij de kaders die het PGO me gaf. ERC is fundamenteel wetenschappelijk en gaat nauwelijks over impact en valorisatie – ik moet zeggen, dat is een verademing.”

“Ik heb ook veel gehad aan de voorbereidingen op de verdediging. Het is toch fijn om te weten waarop je je moet voorbereiden. De verdediging zelf was echt een uitputtingsslag, maar het was toch echt leuk en een eer om met zulke ervaren mensen uit mijn vakgebied te kunnen debatteren over mijn voorstel.”

Next-gen ultrasound imaging by closing the perception-action loop (US-ACT) - Ruud van Sloun

Kunstmatige intelligentie (AI) wordt al op allerlei manieren ingezet om beeldkwaliteit van medisch onderzoek (bijv MRI, röntgen en echoscopie) te verbeteren. Met name het verbeteren van de beeldkwaliteit van echoscopie kan betaalbare en betrouwbare medische beeldvorming (imaging) toegankelijk maken over de hele wereld, dankzij de (relatief) lage kosten van een echoscopie-apparaat vergeleken met bijvoorbeeld MRI.

“Ik denk echter dat we op dit moment een belangrijk stuk van de puzzel nog missen. Met dat puzzelstukje zouden we wellicht nog veel meer uit echoscopie kunnen halen. Vanuit de neurowetenschap weten we dat menselijke hersenen actief informatie inwinnen middels de zogenaamde perceptie-actie lus: we observeren de wereld en deze observaties gebruiken we om een model te vormen van de wereld om ons heen. Dat heet perceptie”, vertelt van Sloun.

“Maar we gebruiken onze percepties ook om nieuwe observaties te sturen, middels acties. Als je wilt weten wat er op de achterkant van een boek staat dat op je tafel ligt, dan draai je het om, want zo win je maximaal informatie in. Dit werkt zo goed omdat de perceptie-actie lus gesloten is: acties leiden tot percepties, en percepties leiden weer tot nieuwe, geoptimaliseerde acties. Huidige beeldvormingssystemen hebben geen gesloten perceptie-actie lus en missen dus een cruciaal deel. Dat wil ik veranderen. Ik geloof dat we echoscopie zo slim kunnen maken dat het zelf gaat zoeken naar de belangrijke informatie, zoals wij mensen dat dat ook doen, middels een gesloten perceptie-actie lus.”

Foto: Loraine Bodewes

Wat hoop je te gaan doen met deze grant?

Francesca Grisoni: “Zoals ik al eerder aangaf, heb ik hier op de TU/e voor het eerst een eigen team. Ik heb enorm veel zin om dat uit te breiden en aan de slag te gaan met het onderzoek dat mij voor ogen staat, in alle vrijheid en met in ieder geval de komende jaren geen zorgen om funding. Het is high risk – high gain onderzoek, maar ik hoop wel echt stappen te kunnen maken die de inzet van AI bij het ontdekken van medicijnen verder gaan helpen."

"Ambitieus? Absoluut, maar vooral omdat ik denk dat het nodig is dat het gebeurt. Het lijkt me heerlijk om daar met mijn team voor te gaan. Mijn volgende stap is het aannemen van getalenteerde en gedreven mensen die dezelfde ambitie hebben als ik.”

Ruud van Sloun: “Tja, ik had mezelf een beetje beschermd tegen de teleurstelling dat ik de ERC beurs niet zou krijgen. De kansen zijn niet zo groot en de concurrentie is heel sterk. Dus ben ik mijn idee ook verder gaan pitchen in de vakgroep en de faculteit. Ook mijn collega’s vonden het tof en dus waren we al bezig om mensen aan te trekken voor het onderzoek. Dit krijgt nu écht een vliegende start.”

Francesca Grisoni. Foto: Loraine Bodewes

“Een van de nieuwe collega’s die met mij aan het onderzoek gaat werken heeft jarenlange ervaring in de industrie en krijgt de leiding over de software-architectuur. Zo borgen we dat elke PhD-er, en ik zelf, stukken van het algoritme kunnen gaan ontwikkelen, maar dat het aan het einde wel een samenhangend geheel wordt. Met deze beurs erbij kunnen we echt gaan vliegen. Dus ja, ik zit deze weken echt op een roze wolk dat het onderzoek niet alleen doorgaat, maar dat we ook met een volledig team starten én dat ik er veel eigen tijd in kan steken. Ik heb er zo ongelofelijk veel zin in.”

Maarten Schoukens: “In elk voorstel zet je al uiteen hoe je een team gaat bouwen en in welke blokken je het onderzoek wilt opdelen. Dus, nu het nieuws eigenlijk naar buiten mag, gaan we mensen werven. Wat ik wil doen, is de fysica-gebaseerde meet- en regelmodellen verbinden met data-driven modellen waar ik tot nu toe aan gewerkt heb. Met deze aanpak wil ik de industrie ook methodes aanreiken om hun fysica-gebaseerde modellen te verbeteren om zo tot nieuwe inzichten te komen.”

“Zie je, ik heb hiervoor in Brussel gestudeerd en gewerkt. Daar heb ik aan de universiteit niet zoveel samengewerkt met de industrie, als dat we hier aan de TU/e doen. Dat is echt uniek aan onze universiteit en ons ecosysteem. Die contacten hebben me geholpen om dit idee vorm te geven en dit plan te schrijven.”

Revolutionizing AI in drug discovery via innovative molecular representation paradigms (ReMINDER) - Francesca Grisoni

Het onderzoeksvoorstel van Grisoni concentreert zich op het ontwikkelen van nieuwe methoden om medicijnen te ontdekken. De gebruikelijke methode van medicijnen ontwikkelen bestaat uit uitproberen, testen en aanpassen. Daarbij worden de medicijnen gesynthetiseerd op basis van onze kennis van medicijnen en de receptoren in het lichaam die erop moeten reageren. Grisoni is van plan om een andere weg in te slaan en de Deep Learning en AI-methodes te verbeteren waarmee medicijnen worden ontdekt.

“De meest cruciale factor in de huidige toepassing van AI-algoritmes is dat zij gevoed worden met de standaardrepresentatie van moleculen en zo informatie over chemische samenstellingen en proteïnen moeten verwerken. Maar die molecuulbeschrijvingen zijn zelf ook modellen, vereenvoudigingen van de werkelijkheid”, vertelt Grisoni.

Daarom is Grisoni van plan om een nieuwe methodologie te ontwikkelen om chemische en organische materialen te beschrijven. Deze komt zo dicht mogelijk bij de 'chemische werkelijkheid' te liggen, maar moet tegelijkertijd geschikt zijn voor interpretatie en verwerking door AI. De input van het algoritme zo nauwkeurig mogelijk de (bio)chemische werkelijkheid te laten beschrijven, hoopt zij een nieuwe revolutie in het ontdekken van medicijnen op gang te brengen, vergelijkbaar met revoluties door AI-ontwikkeling in vertalen of games.

Foto: Loraine Bodewes

Wat betekent het krijgen van een ERC Starting Grant voor je wetenschappelijke carrière?

Ruud van Sloun: “Kijk, ik ben niet naïef, dit is goed voor mijn carrière en het is fantastisch natuurlijk. Maar persoonlijk kan me dat minder schelen, ik ben vooral dolgelukkig dat ik het onderzoek mag gaan doen waar ik van droom.”

Maarten Schoukens: “Ik ben er heel blij mee en had het eerlijk niet durven dromen. Er is ook voor ons wetenschappers zoiets als het imposter syndrome. Zeker in een omgeving waar veel collega’s al een dergelijke erkenning hebben gehad. Dan is het echt mooi als zo’n jury van vakgenoten je werk, je projectvoorstel leest en beoordeelt en zegt: het is excellent. Dat doet veel met me, meer dan alleen maar het onderzoek kunnen doen zoals in mijn voorstel staat.”

Francesca Grisoni: “Er zitten veel lagen in het ontvangen van een beurs zoals deze. De professionele laag, en wat het doet voor je toekomstperspectief. Maar voor mij betekent het vooral één ding: vrijheid. Vrijheid in alle opzichten. Vrij om het onderzoek op te zetten naar eigen inzicht, vrij om goede mensen aan te nemen, vrij om high risk toepassingen te onderzoeken, vrij van de druk om de komende jaren weer achter funding aan te hoeven gaan. Vrij om echt in het werk te kunnen duiken en het onderzoek te doen met je team waar je zoveel passie voor voelt. Daar ben je wetenschapper voor, toch?”

 

Personal grants office

Wanneer een wetenschapper een beurs wilt aanvragen, dan biedt het Personal Grants Office van de TU/e begeleiding bij het gehele proces. Zij bieden workshops ter voorbereiding op het proces en om ideeën scherp te krijgen. Vervolgens begeleiden ze het schrijfproces met feedback toegespitst op de jury en het instituut waar de beurs wordt aangevraagd en tot slot bereiden ze met de aanvrager de verdediging voor.

https://www.tue.nl/werken-bij-tue/wetenschappelijk-personeel/personal-grants/

Voor TU/e-medewerkers is er meer informatie beschikbaar op de HR sectie van het TU/e-intranet

Nicole van Overveld
(Science Information Officer)

Het laatste nieuws

Blijf ons volgen