Detail předmětu

Modelování biologických systémů

FIT-MOBAk. rok: 2014/2015

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.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

Ing. Martin Vítek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

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.

Prerekvizity

Základy modelování a simulace systémů na počítačích a základy biologie.

Způsob a kritéria hodnocení

Minimálně 15 bodů za aktivity v průběhu semestru, tj. za aktivitu při počítačových cvičeních a za projekt.

Osnovy výuky

    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.

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

Nenahrazuje se.

Základní literatura

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.

Doporučená literatura

Holčík, J.: Modelování biologických systémů, Elektronické texty.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program IT-MGR-2 magisterský navazující

    obor MBI , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MBS , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIN , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MIS , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MMI , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MMM , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MPV , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MSK , 0 ročník, zimní semestr, volitelný
    obor MGM , 0 ročník, zimní semestr, volitelný