Název:

Modelování biologických systémů

Zkratka:MOB
Ak.rok:2011/2012
Semestr:letní
Studijní plán:
ProgramOborRočníkPovinnost
IT-MGR-2MBI-volitelný
IT-MGR-2MBS-volitelný
IT-MGR-2MGM-volitelný
IT-MGR-2MGM.-volitelný
IT-MGR-2MIN-volitelný
IT-MGR-2MIN.-volitelný
IT-MGR-2MIS-volitelný
IT-MGR-2MIS.-volitelný
IT-MGR-2MMI-volitelný
IT-MGR-2MMM-volitelný
IT-MGR-2MPS-volitelný
IT-MGR-2MPV-volitelný
IT-MGR-2MSK-volitelný
Vyučovací jazyk:čeština
Kredity:5 kreditů
Ukončení:zápočet+zkouška (ústní)
Výuka:
hod./sempřednáškasem./cvičenílab. cvičenípoč. cvičeníjiná
Rozsah:390087
 zkouškatestycvičenílaboratořeostatní
Body:70001515
Garant:Jiřík Radovan, Ing., Ph.D., UBMI
Přednášející:Jiřík Radovan, Ing., Ph.D., UBMI
Fakulta:Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brně
Pracoviště:Ústav biomedicínského inženýrství FEKT VUT v Brně
 
Cíle předmětu:
Seznámit posluchače s metodami a algoritmy modelování biologických (medicínských a ekologických) systémů.
Anotace:
Biologický systém, popis vlastností biologického systému. Plánování experimentů s biologickými systémy. Teoretické principy metod používaných při modelování biologických systémů (kompartmentové systémy, deterministický chaos, fraktály, teorie katastrof, celulární systémy). Popis charakteristických konkrétních modelů biologických systémů, modely populací, epidemiologické a psychologické modely, modely biochemických procesů, modelování tkáňových struktur, modely základních podsystémů lidského organismu.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti:
Základy modelování a simulace systémů na počítačích a základy biologie.
Získané dovednosti, znalosti a kompetence:
Základní teoretické znalostí v oblasti metod modelování biologických systémů a praktické schopnosti při jejich aplikaci při řešení praktických problémů. Implementace vytvořených modelů v prostředí MATLAB, Simulink.
Osnova přednášek:
  1. Základní pojmy, definice biologického systému, jeho vlastnosti a specifika, uspořádání a vyhodnocení experimentů s biologickými objekty.
  2. Spojité modely jednodruhových populací, analýza logistické rovnice, modely se zpožděním.
  3. Diskrétní modely jednodruhových populací, Leslieho model, diskretizované modely 1-druhových populací a jejich analýza, základy teorie deterministického chaosu.
  4. Diskretizované modely 1-druhových populací se zpožděním, modely dvoudruhových populací.
  5. Fraktály, základní typy. Fraktální struktura morfologie biosystémů.
  6. Multikompartmentová analýza, modely biochemických procesů.
  7. Epidemiologické modely, obecné principy, modely venerických chorob, AIDS.
  8. Diskrétní systémy, konečné automaty, diskrétní modely celulární struktury.
  9. Umělý život, celulární automaty, Conwayův "život", analýza chování celulárních automatů.
  10. Teorie katastrof a její využití pro modelování chování živých organismů.
  11. Verifikace a optimalizace počítačových modelů, počítačové experimenty a jejich vyhodnocení.
  12. Lidský organismus jako systém, modely subsystémů lidského organismu, kardiovaskulární systém.
  13. Modely subsystémů lidského organismu, model regulace glukózy, regulace chemických procesů v zažívacím traktu.
Osnova počítačových cvičení:
  1. Spojité modely jednodruhových populací.
  2. Jednodruhové modely se zpožděním, Leslieho model.
  3. Deterministický chaos, bifurkační diagram.
  4. Kompartmentové modely biochemických procesů.
  5. Celulární automaty.
  6. Modely kardiovaskulárního systému.
Osnova ostatní - projekty, práce:
  1. Diskrétní modely jednodruhových populací.
  2. Modely dvoudruhových populací.
  3. Fraktály.
  4. Epidemiologické modely, venerické choroby, AIDS.
  5. Conwayův "život".
  6. Modely regulace glukózy.
Literatura referenční:
  1. Murray, J.D.: Mathematical Biology, Berlin, Springer Verlag, 1989.
  2. van Wijk van Brievingh, R.P., Moeller, D.P.F.: Biomedical Modeling and Simulation on a PC, New York, Springer Verlag, 1993.
  3. Rowe, G.W.: Theoretical Models in Biology, Oxford, Oxford Univ. Press, 1994.
Literatura studijní:
  1. Holčík, J.: Modelování biologických systémů, Elektronické texty.
Kontrolovaná výuka:
Nenahrazuje se.
Průběžná kontrola studia:
Presentace výsledků práce na projektech v průběhu počítačových cvičení (písemná zpráva max. 15 bodů + aktivita při počítačových cvičeních a ústní presentace max. 15 bodů).
Podmínky zápočtu:
Minimálně 15 bodů za aktivity v průběhu semestru, tj. za aktivitu při počítačových cvičeních a za projekt.