Detail předmětu

Biological system modelling

FEKT-NMOBAk. rok: 2010/2011

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

Garant předmětu

doc. Ing. Radovan Jiřík, 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-KAM , 2 ročník, letní semestr, volitelný mimooborový
    obor MN-BEI , 1 ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Radovan Jiřík, Ph.D.

Osnova

Základní pojmy z problematiky modelování a simulace. Cíle a důsledky modelování s aplikací v oblasti biologických (medicínských a ekologických) systémů. Obecné schéma postupu při vytváření matematických modelů, jejich implementaci a ověřování, vlastnosti biologických systémů a z nich vyplývající volba přístupů k jejich modelování.
Experiment. Experimenty s biologickými (medicínskými a ekologickými) systémy jako zdroj vstupních dat. Plánování experimentů. Vyhodnocení experimentů.
Spojité modely jednodruhových populací, Malthusova rovnice, logistická rovnice - definice, analýza, m. jednodruhových populací se zpožděním - rovnice Hutchinsonové, možnosti dalších modifikací.
Diskrétní modely jednodruhových populací - Lesliho model, analogy spojitých modelů, deterministický chaos, diskrétní modely se zpožděním.
Modely dvoudruhových populací. Model typu dravec - kořist a jeho analýza, modely s vnitrodruhovou konkurencí, Kolmogorovův model, modely dravec - kořist se zpožděním, modely konkurenčních populací, modely mutualistických populací.
Multikompatmentová analýza - princip, modely biochemických procesů v lidském organismu.
Epidemiologické modely - modely SIR a jejich analýza, modelování problematiky venerických chorob, modely šíření AIDS, modely geografického šíření epidemií.
Diskrétní modely celulární struktury - vazba systémů, celulární automat. Umělý život. Šíření vzruchu živou tkání, modely pohybu mnohačetných populací, obecné poznámky k analýze celulárních automatů.
Fraktály, základní pojmy, principy. Základní fraktálové modely. Morfologické biologické modely, morfologie kardiovaskulárního a respiračního systému.
Teorie katastrof. Základní pojmy, principy. Definice základních typů katastrof. Modely chování a psychických stavů.
Modely subsystémů lidského organismu. Kardiovaskulární systém - modely chování krevního tlaku, model systémového krevního oběhu.
Neurokardiovaskulární systém - model závislosti srdeční frekvence na zátěži, model baroreflexu. Regulace kyselosti v žaludku.
Regulace glukózy v krvi - fyziologický základ, regulace ledvinami, regulace inzulínem, regulace glukagonem

Cvičení na počítači

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Radovan Jiřík, Ph.D.

Osnova

MATLAB a SIMULINK, základní rysy a možnosti.
Spojité modely jednodruhových populací
Diskrétní modely jednodruhových populací, Lesliho model
Diskrétní logistická rovnice a deterministický chaos
Modely dravec a kořist
Epidemiologické modely