Fakulta informačních technologií VUT v Brně

Detail předmětu

Modelování biologických systémů

MOB Ak. rok 2010/2011 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

česky

Zakončení

zápočet+zkouška (ústní)

Rozsah

26 hod. přednášky, 8 hod. pc laboratoře, 7 hod. projekty

Bodové hodnocení

70 zkouška, 15 laboratoře, 15 projekty

Zajišťuje ústav

Přednášející

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 ostatní - projekty, práce

  • Diskrétní modely jednodruhových populací.
  • Modely dvoudruhových populací.
  • Fraktály.
  • Epidemiologické modely, venerické choroby, AIDS.
  • Conwayův "život".
  • Modely regulace glukózy.

Průběžná kontrola studia

Presentace výsledků práce na projektech v průběhu počítačových cvičení (písemná zpráva max. 15 bodů + aktivita při počítačových cvičeních a ústní presentace max. 15 bodů).

Kontrolovaná výuka

Nenahrazuje se.

Podmínky zápočtu

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

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Nahoru