Detail předmětu
Modelování biologických systémů
MBS Ak. rok 2006/2007 letní semestr 5 kreditů
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.
Garant předmětu
Jazyk výuky
Zakončení
Rozsah
- 39 hod. přednášky
- 8 hod. pc laboratoře
- 5 hod. projekty
Zajišťuje ústav
Získané dovednosti, znalosti a kompetence z 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.
Cíle předmětu
Seznámit posluchače s metodami a algoritmy modelování biologických (medicínských a ekologických) systémů.
Požadované prerekvizitní znalosti a dovednosti
Základy modelování a simulace systémů na počítačích a základy biologie.
Literatura studijní
- Holčík, J.: Modelování biologických systémů, Elektronické texty.
Literatura referenční
- 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.
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.
Průběžná kontrola studia
Hodnocení studia je založeno na bodovacím systému. Pro úspěšné absolvování předmětu je nutno dosáhnout 50 bodů.
Minimálně 15 bodů za aktivity v průběhu semestru, tj. za aktivitu při počítačových cvičeních a za projekt.
Kontrolovaná výuka
Nenahrazuje se.