Předmět: Biokybernetika

» Seznam fakult » FM » MTI
Název předmětu Biokybernetika
Kód předmětu MTI/BIK
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Magisterský
Rok studia nespecifikován
Semestr Letní
Počet ECTS kreditů 2
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu Povinný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Mrázek Petr, Ing. Ph.D.
Obsah předmětu
Přednášky a cvičení: 1 Úvod do biokybernetiky. Buňka a buněčné regulace, vlastnosti živé hmoty, základní látky živé hmoty, funkční organizace buňky, genetická informace v buňce, buněčné regulace a jejich matematické modely, regulace na úrovni enzymů, regulace syntézy enzymů, modely represe enzymové syntézy 2 Modelování v biologických systémech. Matematické, deterministické a stochastické modely biologických systémů, metodika modelování a simulace biologických systémů, postup při vytváření modelu 3 Nelineární dynamické systémy. Matematický popis, analýza ve fázovém prostoru, analytické a numerické metody, fázové trajektorie, stabilita, chaotické chování, katastrofické chování. 4 Chemická kinetika. Základní pojmy, matematické modely jednoduchých reakcí, autokatalytické reakce, enzymová kinetika, oscilační a vlnové jevy v chemických soustavách. 5 Měření neelektrických veličin na živých tkáních. RT, CT, NMR, PET, sonografie, termografie. Metody zpracování výstupů, měření a zpracování biosignálů, membránové potenciály, EEG, EKG, EMG, diagnostika abnormalit. 6 Populační dynamika. Modely jednodruhových společenstev, spojité modely jedné populace, vliv prostředí na hustotu populace a řízení hustoty populace, diskrétní modely jedné populace, diskrétní modely věkové struktury populace, růst a kultivace mikroorganismů, modely růstu mikroorganismů, spojitý model typu dravec-kořist 7 Farmakokinetika. Kompartmentové modelování, multikompartmentová analýza, modely průniku léčiv biologickými membránami, lineární farmakokinetické modely, kinetika distribuce léčiv po podání nitrožilní injekcí a infúzí, nelineární farmakokinetické modely 8 Neurokybernetika. Přenos signálů v neuronech, matematické modely neuronu, deterministické modely neuronu, stochastické modely neuronu 9 Model regulace dýchání. Fyziologický úvod, popis modelu, plicní kompartment, mozkový kompartment, kompartment ostatních tkání, popis segmentů krevního oběhu, toky krve, fyziologický regulátor, celkové schéma modelu 10 Pulzní model krevního oběhu. Fyziologický úvod, popis modelu, základní koncepce, základní rovnice pro popis modelu, popis pulsace srdce, popis chlopní, popis toku tepnami, popis žil, celkové schéma modelu 11 Model závislosti srdeční frekvence na fyzické zátěži. Fyziologický úvod, popis modelu, zhodnocení výsledků 12 Model regulace glykémie a regulace žaludeční kyselosti. Fyziologický úvod, popis modelu, zhodnocení výsledků 13 Model funkce ledvin při stabilizaci krevního tlaku Fyziologický úvod, popis modelu, zhodnocení výsledků. 14 Model izometrické kontrakce kosterního svalu. Fyziologický úvod, popis modelu, zhodnocení výsledků

Studijní aktivity a metody výuky
Dialogické metody (diskuze, rozhovor, brainstorming), Pracovní činnosti (dílny)
  • Účast na výuce - 48 hodin za semestr
  • Příprava na zkoušku - 6 hodin za semestr
  • Domácí příprava na výuku - 6 hodin za semestr
Výstupy z učení
Cílem předmětu je obeznámit studenty se základními fyziologickými procesy v lidském organismu a jejich modelováním v biokybernetice. Studenti získají znalosti, které jim umožní zahrnout různé úrovně informací o biologickém objektu do modelu a porozumět funkci objektu. Vedle toho by také měli dospět i k obecnějšímu pohledu na zpětnovazební řízení jakožto na princip, s nímž se lze běžně setkat i v živých organismech a výsledky teorie systémů a řízení, tak použít pro porozumění mnohým procesům, které probíhají v živých organismech. Studenti umí definovat obor biokybernetiky. Studenti umí definovat a pospat jednotlivé procesy probíhající v rámci biokybernetiky.
Studenti získají znalosti v daném předmětu v souladu s cílem a obsahem.
Předpoklady
Předpoklady jsou formulovány v anotaci předmětu a studijním plánu.

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Praktická demonstrace získaných dovedností

Aktivní účast na laboratorních praktikách, vypracování zadaných úkolů na cvičení nebo při nestihnutí formou referátu, zápočet, souhrnná zkouška.
Doporučená literatura
  • Bronzino, J. D. The Biomedical Engineering Handbook. Boca Raton: CRC Press, 2006. ISBN 80-8493-2124-7.
  • Eck, V., Razím, M. Biokybernetika. Praha: ČVUT, 1996. ISBN 80-01-01445-2.
  • Holčík, J., Fojt, O. Modelování biologických systémů (Vybrané kapitoly). Brno: ČVUT, 2001. ISBN 80-214-2023-5.
  • Pazourek J. Simulace biologických systémů. Praha, Grada, 1992.
  • Svatoš, J. Biologické signály. Geneze, analýza a zpracování, skripta. ČVUT, Praha, 1998.


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr
Fakulta: Fakulta zdravotnických studií Studijní plán (Verze): Biomedicínské inženýrství (14) Kategorie: Speciální a interdisciplinární obory 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Letní