Detail předmětu

Modely v biologii a epidemiologii

FEKT-AMODAk. rok: 2012/2013

Biologický systém, klasifikace a popis vlastností. Zobecněný přístup k modelování biologických systémů. Analýza modelů biologických systémů (rovnovážné stavy a jejich stabilita). Kompartmentové modely. Simulace chování biologických systémů. Popis charakteristických konkrétních modelů biologických systémů (modely základních podsystémů organismu, modely biochemických procesů, epidemiologické modely).

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Martin Vítek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav biomedicínského inženýrství (UBMI)

Výsledky učení předmětu

Schopnost syntézy a analýzy modelů biologických systémů, implementace matematických modelů v prostředí MATLAB a SIMULINK.

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského 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.

Osnovy výuky

Klasifikace a popis biologických systémů.
Sestavení a analýza modelů biologických systémů.
Simulace chování biologických systémů.

Učební cíle

Seznámit se s metodami modelování a analýzy biologických systémů a s algoritmy pro jejich simulaci.

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

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

    obor A-BTB , 3. ročník, letní semestr, povinný

  • 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

1. 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 - spojité: Malthusův, Pearlův-Verhulstův a Hutchinsonové
5. Modely jednodruhových populací - diskrétní: Malthusův, Pearlův-Verhulstův, Hutchinsonové a Leslieho
6. Modely dvoudruhových populací - modely dravec-kořist: Lotky-Volterry a Kolmogorovův
7. Modely dvoudruhových populací - modely konkurence a symbiózy
8. Modely kardiovaskulárního systému - hemodynamické parametry, modely Windkessel
9. Modely impulsu akčního napětí - model Hodgkin-Huxley
10. Modely dýchacího systému - umělá plicní ventilace
12. Farmakokinetické modely - kompartmentový model difuze, farmakokinetické parametry, jednokompartmentové modely
12. Farmakokinetické modely - dvoukompartmentové a tříkompartmentové modely
13. Epidemiologické modely - modely SIR, SEIR, SI a SIS

Cvičení na počítači

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

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

Osnova

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

Ostatní aktivity

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Martin Vítek, Ph.D.

Osnova

Týmové projekty modelování vybraných biologických systémů:
- seznámení se s vlastnostmi a chováním biologického systému
- návrh struktury modelu
- implementace modelu
- analýza modelu
- simulace chování modelu
- vyšetření specifických vlastností modelu ve vztahu k reálným situacím modelovaného systému
- vypracování zprávy
- prezentace