Detail předmětu

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

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.

Základy modelování a simulace systémů na počítačích a základy biologie.

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.

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

• 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.

Nenahrazuje se.

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

• 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.