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:
 
  • Základní pojmy, definice biologického systému, jeho vlastnosti a specifika, uspořádání a vyhodnocení experimentů s biologickými objekty.
  • Spojité modely jednodruhových populací, analýza logistické rovnice, modely se zpožděním.
  • Diskrétní modely jednodruhových populací, Leslieho model, diskretizované modely 1-druhových populací a jejich analýza, základy teorie deterministického chaosu.
  • Diskretizované modely 1-druhových populací se zpožděním, modely dvoudruhových populací.
  • Fraktály, základní typy. Fraktální struktura morfologie biosystémů.
  • Multikompartmentová analýza, modely biochemických procesů.
  • Epidemiologické modely, obecné principy, modely venerických chorob, AIDS.
  • Diskrétní systémy, konečné automaty, diskrétní modely celulární struktury.
  • Umělý život, celulární automaty, Conwayův "život", analýza chování celulárních automatů.
  • Teorie katastrof a její využití pro modelování chování živých organismů.
  • Verifikace a optimalizace počítačových modelů, počítačové experimenty a jejich vyhodnocení.
  • Lidský organismus jako systém, modely subsystémů lidského organismu, kardiovaskulární systém.
  • Modely subsystémů lidského organismu, model regulace glukózy, regulace chemických procesů v zažívacím traktu.
Osnova počítačových cvičení:
 
  • Spojité modely jednodruhových populací.
  • Jednodruhové modely se zpožděním, Leslieho model.
  • Deterministický chaos, bifurkační diagram.
  • Kompartmentové modely biochemických procesů.
  • Celulární automaty.
  • Modely kardiovaskulárního systému.
Osnova ostatní - projekty, práce:
 
  • Diskrétní modely jednodruhových populací.
  • Modely dvoudruhových populací.
  • Fraktály.
  • Epidemiologické modely, venerické choroby, AIDS.
  • Conwayův "život".
  • Modely regulace glukózy.
Literatura referenční:
 
  • Murray, J.D.: Mathematical Biology, Berlin, Springer Verlag, 1989.
  • van Wijk van Brievingh, R.P., Moeller, D.P.F.: Biomedical Modeling and Simulation on a PC, New York, Springer Verlag, 1993.
  • Rowe, G.W.: Theoretical Models in Biology, Oxford, Oxford Univ. Press, 1994.
Literatura studijní:
 
  • 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.