Modelli di sistemi biologici

Obiettivi formativi

Conoscenza e capacità di comprensione: Gli/le studenti/studentesse impareranno i fondamenti dell’approccio modellistico generale quali le differenze tra modello di dato e modello di sistema, l’importanza delle misure, l’identificazione dei parametri in assenza e in presenza di rumore, le tecniche di deconvoluzione per la stima dell'ingresso del modello a partire dall'uscita e dalla sua risposta impulsiva e le tecniche di validazione del modello, il ruolo dei modelli nello sviluppo del pancreas artificiale. Impareranno inoltre quali sono i fondamenti della modellistica neuronale sia di tipo circuitale che relativi alla funzione di encoding/decoding neuronale, per arrivare alle reti di neuroni. Conoscenza e capacità di comprensione applicate: Al termine del corso gli/le studenti/studentesse saranno in grado di rappresentare un set di misure e studiarne le proprietà statistiche; identificare i parametri di un modello di dati in assenza e in presenza di rumore; risolvere un problema di deconvoluzione discreta in assenza e presenza di rumore; utilizzare un modello standardizzato per simulare il ciclo glucosio/insulina nell'uomo e le sue alterazioni (diabete). Acquisiranno inoltre familiarità con i principali strumenti atti a costruire modelli computazionali dell'attività neuronale a partire da dati sperimentali. Autonomia di giudizio: Gli/le studenti/esse impareranno a scegliere l'approccio modellistico più appropriato per risolvere lo specifico problema e a valutare la complessità della soluzione proposta. Abilità comunicative: Gli/le studenti/esse impareranno a comunicare in un contesto multidisciplinare relativamente alle scelte modellistiche effettuate in relazione al problema fisiologico o clinico affrontato e a comunicare e motivare le scelte modellistiche effettuate a tale scopo. Capacità di apprendere: Gli/le studenti/esse svilupperanno un'attitudine orientata all'apprendimento indipendente di concetti avanzati non affrontati nel corso.

Canale 1
JLENIA TOPPI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Modulo 2 (Prof.ssa Jlenia Toppi - 6CFU) 1 Metodi di modeling 1.1 La complessità dei sistemi biologici e la necessità dei modelli 1.2 Approcci alla modellizzazione 1.3 Modellizzare i dati 1.4 Modellizzare il sistema 1.5 Identificazione del modello 1.6 Modelli parametrici: stima dei parametri 1.7 Modelli non-parametrici: stima del segnale di input 1.8 Validazione del modello 2 Sistemi di controllo in Fisiologia e Medicina 2.1 Richiami sui sistemi di controllo controreazionati 2.2 Il pancreas artificiale 2.3 Funzionamento del ciclo glucosio/insulina e diabete 2.4 Modello del diabete 2.5 Descrizione dei diversi modelli alla base del pancreas artificiale
Prerequisiti
I principali prerequisiti necessari ad affrontare il corso sono: 1. Analsi Matematica (indispensabile): 1.1 Calcolo matriciale 1.2 derivate/integrali 1.3 Sistemi di equazioni algebriche e differenziali 2. Fondamenti di automatica (indispensabile): 2.1 Sistemi lineari tempo-invarianti 2.2 Trasformata di Laplace 2.3 Ssistemi contro-reazionati e stabilità 2.3 Principi di controllo ottimo 3. Principi di base di anatomia e fisiologia umana (importante): 3.1 anatomia di base dell'apparato endocrino 3.2 regolazione ormonale/omeostati
Testi di riferimento
Si riportano i testi adottati in relazione agli argomenti trattati durante il corso. 1. Cobelli C, Carson E., «Introduction to Modeling in Physiology and Medicine», Elsevier, 2008 2. Attaway, “MATLAB: A Practical Introduction to Programming and Problem Solving”, 5th Edition, Butterworth-Heinemann, 2019
Frequenza
Il corso viene erogato interamente in presenza (vedi orario delle lezioni sul sito di ateneo per avere info su luogo e ora). La frequenza delle lezioni è libera, non vengono registrate le presenze.
Modalità di esame
L’esame consiste in una prova scritta così organizzata: 21 quesiti a risposta chiusa (vero/falso) su 7 argomenti diversi trattati durante l’intero corso (3 per argomento) --> max 21 punti 1 esercizio sulla verifica dell'identificabilità a priori dei modelli strutturali --> max 6 punti 2 domanda a risposta aperta breve --> max 6 punti Per ognuna delle 21 frasi che si trovano nel compito lo studente dovrà indicare se l'affermazione è vera o falsa, oppure potrà scegliere di non dare la risposta. Verrà assegnato: 1pt per ogni risposta corretta, -0.5pt per ogni risposta errata e 0pt per ogni risposta non data. All'esercizi verrà dato un punteggio da 0 a 6 punti. Il voto finale dello scritto sarà dato dalla somma dei voti presi nelle tre sezioni. La prova si passa con voto >18. Coloro i quali superano l’esame con un voto superiore a 28 possono richiedere una prova orale (1 domanda aperta sul programma del corso) a cui il docente potrà assegnare o detrarre un massimo di 3 punti (rispetto al voto dello scritto).
Modalità di erogazione
L’insegnamento verrà erogato in due moduli: Modulo 1 - Prof. Aricò (3CFU - 30 ore) Modulo 2 - Prof.ssa Toppi (6CFU - 60 ore) Le ore relative al secondo modulo sono suddivise in: 1. 45 ore (80%) di lezioni frontali 2. 15 ore di esercitazioni in matlab
JLENIA TOPPI Scheda docente

Programmi - Frequenza - Esami

Programma
Modulo 2 (Prof.ssa Jlenia Toppi - 6CFU) 1 Metodi di modeling 1.1 La complessità dei sistemi biologici e la necessità dei modelli 1.2 Approcci alla modellizzazione 1.3 Modellizzare i dati 1.4 Modellizzare il sistema 1.5 Identificazione del modello 1.6 Modelli parametrici: stima dei parametri 1.7 Modelli non-parametrici: stima del segnale di input 1.8 Validazione del modello 2 Sistemi di controllo in Fisiologia e Medicina 2.1 Richiami sui sistemi di controllo controreazionati 2.2 Il pancreas artificiale 2.3 Funzionamento del ciclo glucosio/insulina e diabete 2.4 Modello del diabete 2.5 Descrizione dei diversi modelli alla base del pancreas artificiale
Prerequisiti
I principali prerequisiti necessari ad affrontare il corso sono: 1. Analsi Matematica (indispensabile): 1.1 Calcolo matriciale 1.2 derivate/integrali 1.3 Sistemi di equazioni algebriche e differenziali 2. Fondamenti di automatica (indispensabile): 2.1 Sistemi lineari tempo-invarianti 2.2 Trasformata di Laplace 2.3 Ssistemi contro-reazionati e stabilità 2.3 Principi di controllo ottimo 3. Principi di base di anatomia e fisiologia umana (importante): 3.1 anatomia di base dell'apparato endocrino 3.2 regolazione ormonale/omeostati
Testi di riferimento
Si riportano i testi adottati in relazione agli argomenti trattati durante il corso. 1. Cobelli C, Carson E., «Introduction to Modeling in Physiology and Medicine», Elsevier, 2008 2. Attaway, “MATLAB: A Practical Introduction to Programming and Problem Solving”, 5th Edition, Butterworth-Heinemann, 2019
Frequenza
Il corso viene erogato interamente in presenza (vedi orario delle lezioni sul sito di ateneo per avere info su luogo e ora). La frequenza delle lezioni è libera, non vengono registrate le presenze.
Modalità di esame
L’esame consiste in una prova scritta così organizzata: 21 quesiti a risposta chiusa (vero/falso) su 7 argomenti diversi trattati durante l’intero corso (3 per argomento) --> max 21 punti 1 esercizio sulla verifica dell'identificabilità a priori dei modelli strutturali --> max 6 punti 2 domanda a risposta aperta breve --> max 6 punti Per ognuna delle 21 frasi che si trovano nel compito lo studente dovrà indicare se l'affermazione è vera o falsa, oppure potrà scegliere di non dare la risposta. Verrà assegnato: 1pt per ogni risposta corretta, -0.5pt per ogni risposta errata e 0pt per ogni risposta non data. All'esercizi verrà dato un punteggio da 0 a 6 punti. Il voto finale dello scritto sarà dato dalla somma dei voti presi nelle tre sezioni. La prova si passa con voto >18. Coloro i quali superano l’esame con un voto superiore a 28 possono richiedere una prova orale (1 domanda aperta sul programma del corso) a cui il docente potrà assegnare o detrarre un massimo di 3 punti (rispetto al voto dello scritto).
Modalità di erogazione
L’insegnamento verrà erogato in due moduli: Modulo 1 - Prof. Aricò (3CFU - 30 ore) Modulo 2 - Prof.ssa Toppi (6CFU - 60 ore) Le ore relative al secondo modulo sono suddivise in: 1. 45 ore (80%) di lezioni frontali 2. 15 ore di esercitazioni in matlab
PIETRO ARICÒ Scheda docente
PIETRO ARICÒ Scheda docente
  • Codice insegnamento1021985
  • Anno accademico2025/2026
  • CorsoIngegneria Biomedica
  • CurriculumRiabilitazione
  • Anno1º anno
  • Semestre1º semestre
  • SSDING-INF/06
  • CFU9