Detail předmětu

Modelování biologických systémů

FEKT-MMOBAk. rok: 2010/2011

Biologický (medicínský a ekologický) systém, popis vlastností biologického systému. Teoretické principy metod používaných při modelování biologických systémů (kompartmentové systémy, deterministický chaos). Popis charakteristických konkrétních modelů biologických systémů-modely biologických společenstev, epidemiologické modely, modely biochemických procesů, modelování tkáňových struktur, modely zákl. podsystémů organismu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

4

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

Holčík, J., Fojt, O.: Modelování biologických systémů (Vybrané kapitoly), skripta VUT v Brně, 2001. (CS)
JIŘÍK,R.: Modely v biologii a epidemiologii. El. skripta VUT v Brně, 2006. (CS)

Doporučená literatura

Pazourek, J.: Simulace biologických systémů. GRADA, Praha 1992. (CS)
V. Eck, M. Razím, Biokybernetika, skripta ČVUT v Praze, 1998. (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M magisterský navazující

    obor M-BEI , 1. ročník, letní semestr, povinný
    obor M-KAM , 2. ročník, letní semestr, volitelný mimooborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, letní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Vítek, 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

Ing. Martin Mézl, Ph.D.
Ing. Vladimír Slávik

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