zhChinese    enEnglish
  ПМ-ПУ  » Образование  » Программы курсов » Проблемы ...

Проблемы современного естествознания. Биология и медицина

Курс по выбору

Часть I. Основные достижения естествознания в 19-20 вв. Ретроспективный анализ.

Лектор: д.б.н. проф. Токин И.Б.

Проблемы экологии. Живые системы. Окружающая и воспринимаемая среда, буферность, эмерджентность, контринтуитивность. Вид, популяция. Динамика популяций. Популяционная структура вида. Концепция экосистемы. Биосфера как экосистема. Упругая и резистентная устойчивость. Кибернетическая природа экосистем. Математическое моделирование в экологии

Прикладная экология. Понятие "загрязнитель". Биологические, физические и химические загрязнения. Обратимые и необратимые нарушения естественного равновесия. Экологические катастрофы. Загрязнение окружающей среды и экология человека. Понятие риска. Экспертная оценка качества окружающей среды. Экологический мониторинг.

Иерархия уровней организации жизни (клетка - ткань - орган - организм - сообщество). Ткани как филогенетические сложившиеся системы. Классификация и механизмы управления тканевыми системами. Физиологическая и репаративная регенерация тканей. Морфогенетические поля. Позиционная информация. Регуляторные механизмы.

Клетка как структурно-функциональная единица многоклеточных организмов. Представление о клетке как многоуровневой саморегулирующейся системе с механизмами обратных связей. Межклеточные и межмолекулярные взаимодействия. Формирование клеточных ансамблей (морфогенез), узнавание, молекулы адгезии, межклеточные контакты. Цепи молекулярных взаимодействий в межклеточных контактах Коммуникационные контакты

Авторегуляция. Метастабильные состояния клеток. Специфичность и неспецифичность реакции. Действие повреждающих факторов. Молекулярные болезни. Механизмы клеточной репарации, регуляция процессов репарации, математические модели репарации. Дифференцировка. Управление процессом дифференцировки.

Клеточные популяции. Клеточные фенотипы и их маркеры. Диффероны (гистогенетические ряды) и их состав. Проспективные потенции, уровни дифференцировки. Категории клеточных популяций. Координация и управление делением (увеличение численности) и гибелью клеток (апоптоз, некроз, избирательная дегенерация). Математические модели стабильных и обновляющихся клеточных популяций

Литература

  1. Молекулярная биология клетки /Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж. и др. М.: Мир, 1986. Т.1. 223 с. Т.2. 313 с.
  2. Бигон М., Харпер Дж., Таусенд К. Экология. М.: Мир, 1989. Т. 1. 477 с. Т. 2. 667 с.
  3. Гудвин Б. Временная организация клетки. М.: Мир, 1966. 183 с.
  4. Одум Ю. Экология. М.: Мир, 1986. Т. 1 328 с. Т. 2. 346
  5. Токин И.Б., Самышкина Н.Д. Проблемы математического моделирования живых систем при внешних воздействиях. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1996. 84 с.
  6. Токин И.Б., Толстая М.В., Филимонова Г.Ф. Кишечный эпителий: процессы пролиферации, регуляции и апоптоза: Мат. модели. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1997. 79 с.
  7. Хэм А., Кормак Д. Гистология. М.: Мир, 1983. Т.1 . 271 с.

Часть II

Лектор: д.ф.-м.н. А.Н. Покровский

Устройство нервной системы и мозга. Нервные клетки, системы клеток и связи между нейронами. Клеточная мембрана нейрона. Ионные каналы и насосы. "Воротные" механизмы ионных каналов. Молекулярные механизмы действия лекарственных веществ.

Проблема описания работы мозга как информационной системы. Уравнения Ходжкина-Хаксли. Нервные импульсы. Уровни описания сложной системы, проблема размерности фазового пространства и пространства параметров. Проблемы организации осмысленного поведения, сознания, внушения, и проблема создания программных систем, обладающих сознанием.

Литература

  1. Радченко А.Н. Ассоциативная память. Нейронные сети. Оптимизация нейропроцессоров. СПб.: Наука, 1998.
  2. Покровский А.Н. Процессы управления в нервных клетках: Учеб. пособие. Л.: Изд-во ЛГУ, 1987.

Часть III. Идентификация параметров осциллирующих химических процессов в живой природе, моделируемых обыкновенными дифференциальными уравнениями

Лектор: д. ф.-м. н., проф. Л.К.Бабаджанянц

Методы идентификации параметров в системах, описываемых обыкновенными дифференциальными уравнениями. Сведение системы ОДУ к полиномиальной. Уравнения в вариациях. Градиентные уравнения. Методы решения градиентных уравнений.

Модели осциллирующих процессов в живой природе. Модель Отмера преобразования сигналов. Модель Лоттки-Вольтерра осциллирующих биохимических реакций. Другие модели.

Две основные постановки задачи идентификации параметров в реальных задачах. Первая постановка: идентификация с использованием фиксированных начальных данных и данных по одной координате в различные моменты времени . Вторая постановка: идентификация с использованием различных начальных данных и данных по нескольким координатам в один фиксированный момент времени.

Литература

  1. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Наука, 1987. 535 с.
  2. Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С. Математическая биофизика. М.: Наука, 1984. 304 с.
  3. Bower J.M., Bolouri H. Computational modeling of genetic and biochemical networks. Cambridge (Mass.): The MIT Press, 2001. 336 p.
  4. Lottka A.G. Undamped oscillations derived from the law of mass action // J. Amer. Chem. Soc. 120. Vol. 42. P. 1595-1599.
  5. Murray J.D. Mathematical biology. Berlin: Springer-Verl., 1993. 768 p.
  6. Othmer H.G., Adler F.R., Lewis M.A., Dallon J.C. Case studies in mathematical modeling - ecology, physiology and cell biology. Upper Saddle River (N.Y.): Prentice Hall, 1997. 410 p.
  7. Schittkowski K. // Progress in Optimization /Ed. by X.Yang et al. Dordrecht; Boston: Kluwer Acad. Publ., 2000. P.183-204.

Часть IV

Лекторы: д.м.н. проф. В.И. Шишкин, д.б.н. проф. Г.В. Кудрявцева

Основные принципы организации и управления функциональных систем (ФС). ФС - как единицы интегративной деятельности организма. Детерминированность и вероятностность ФС. Голографический принцип организации ФС. ФС различного уровня организации. Принцип саморегуляции. Консерватизм и пластичность ФС. Иерархия ФС. Мультипараметричность ФС. Управляемость линейных систем. Особенности управления медико-биологических ФС. Принципы доминанты А.А.Ухтомского в управлении ФС. Установка как алгоритм управления.

Управление ФС гомеостаза. Управление адаптационным процессом. Эндокринная регуляция и воздействие экстремальных факторов. Механизмы резистентности при стрессе и воздействии комплексных абиотических, биотических и антропогенных факторов среды.

Пути повышения мобильности, надежности и качества гомеостатических ФС. Перспективы биорегулирующей терапии в управлении ФС. Понятие "биопроцессоры". Гомеостаз и гомеокинез. Здоровье как функциональный оптимум. Болезнь как результат истощения и поломки адаптационных механизмов. Оптимизация адаптивных процессов организма.

Структурно-функциональная организация ФС и подходы к оценке состояний на грани нормы и патологии.

Система иммунитета, как одна из организующих систем организма. Регуляция иммунитета. Гуморальный и клеточный иммунитет. Иммунологическая память. Иммунологическая толерантность. Теории иммунитета. Математические модели иммунитета и их значение в его понимании. Болезни иммунитета.Коррекция иммунодефицитных состояний.

Определение понятий "болезнь" и "модели болезней". Экологическая модель заболеваний. Генетическая модель возникновения болезней. Аккумуляционная модель возникновения болезней. Онтогенетическая модель возникновения главных (неинфекционных) болезней человека. Интегральный четырехкомпонентный механизм старения. Принципы воздействия на главные неинфекционые болезни человека. Четыре модели медицины.

Диагностика в медицине. Особенности математической оценки значимости и характеристики симптомов и синдромов болезней в современной клинической диагностике. Подходы к автоматизации медицинской диагностики.

Литература

  1. Кудрявцева Г.В., Шишкин В.И. Диагностика ферментативных функциональных систем. СПб., 1994, 73 с.
  2. Кудрявцева Г.В. Экологические особенности и роль пентозофосфатного пути обмена углеводов в адаптации гидробионтов: Автореф. докт.дисс. М., 1990. 32 с.
  3. Хачачка П., Сомеро Д. Биохимическая адаптация. М., 1988. 325 с.
  4. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем. М., 1975. 156 с.
  5. Лабори А. Регуляция обменных процессов. М., 1970. 384 с.
  6. Лакин Г.Ф. Биометрия. М., 1980. 293 с.
  7. Славин М.Б. Методы системного анализа в медицинских исследованиях. М., 1989. 304 с.
  8. Шиган Е.Н. Методы прогнозирования и моделирования в социально-гигиенических исследованиях. М., 1986. 208 с.
  9. Демьянов Ю.Э., Литвин Ф.Ф. Применение математических методов и ЭВМ в биологии. М., 1981. 136 с.
  10. Математические модели биологических систем /Под ред. Г.М.Франк. М., 1971. 112 с.
  11. Гублер Е.В. Информатика в патологии, клинической медицине и педиатрии. Л., 1990. 176 с.
  12. Генкин Я.Я. Новая информационная технология анализа медицинских данных. СПб., 192 с.
  13. Ganeway Ch., Travers P. Immunobilogy: The immune system in health and disease. London, 2000.
  14. Ройт А., Бростофф Дж., Мэйл Д. Иммунология. М., 2000. 595 с.
  15. Математическое моделирование вирусного гепатита /Н.И.Нисевич, Г.И.Марчук, И.И.Зубикова, И.Б.Погожев. М., 1981. 352 с.
  16. Математические модели в иммунологии и медицине /Сост. Г.И.Марчук, Л.Н.Белых. М., 1986. 310 с.
  17. Шишкин В.И., Янченкова Е.Н. Математическая модель иммунной сети с учетом деления Т-клеток на субпопуляции //Физическая механика: Сб. /Под ред. Б.В.Филиппова. СПб, 1998. С. 174-179.