Detail předmětu

Biological system modelling

FEKT-NMOBAk. rok: 2012/2013

Biologický (medicínský a ekologický) 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 biologických společenstev, epidemiologické a psychologické modely, modely biochemických procesů, modelování tkáňových struktur, modely zákl. podsystémů organismu.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Ing. Martin Vítek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

Schopnost analýzy biologických systémů a vytvoření jejich modelů, implementace matematických modelů v prostředí MATLAB a SIMULINK

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

Seznámit posluchače s metodami a algoritmy modelování biologických (medicínských a ekologických) systémů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

ALLMAN, E.S., RHODES, J.A.: Mathematical Models in Biology: An Introduction. Cambridge University Press, 2004. (EN)
Murray, J.D.:Mathematical Biology,Springer Verlag, Berlin 1989. (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-BEI , 1 ročník, zimní semestr, volitelný oborový
    obor MN-KAM , 2 ročník, zimní semestr, volitelný mimooborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Vítek, Ph.D.

Osnova

1. Úvod do modelování a simulace - základní pojmy, klasifikace modelů,
2. Modelování a simulace - identifikace parametrů modelu, způsoby popisu modelu
3. Matematické a počítačové modely - analýza matematického modelu, počítačové modely a simulace
4. Modely jednodruhových populací - Maltuhusův, Pearlův-Verhulstův, Hutchinsonové a Leslieho
5. Modely dvoudruhových populací - modely dravec-kořist, konkurence a symbiózy
6. Modely kardiovaskulárního systému - hemodynamické parametry, modely Windkessel
7. Modely impulsu akčního napětí - model Hodgkin-Huxley
8. Modely dýchacího systému - umělá plicní ventilace
9. Farmakokinetické modely - kompartmentový model difuze, farmakokinetické parametry, vícekompartmentové modely
10. Epidemiologické modely - modely SIR, SEIR, SI a SIS
11. Deterministický chaos - chaos v biologických systémech, fraktály v biologických systémech
12. Teorie katastrof - základní typy katastrof, katastrofa typu motýlek
13. Systémy diskrétních událostí - konečné automaty, modely celuární a tkáňové struktury, umělý život

Cvičení na počítači

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Vítek, Ph.D.

Osnova

1. Modelování a simulace
2. Modely jednodruhových populací
3. Modely dvoudruhových populací
4. Modely kardiovaskulárního systému
5. Farmakokinetické modely
6. Epidemiologické modely