医学大数据与虚拟生理人教学大纲

1、医学大数据与虚拟生理人一、课程说明课程编号：4-41课程名称（中/英文）：医学大数据与虚拟生理人/ Medical data and Virtual Physiological Human课程类别：全校性选修课（自然科学类）学时/学分：32/2先修课程：计算机，高等数学，生理学适用专业： 医学类专业、理工类专业教材、教学参考书：李霞主编, 生物信息学(第2版),人民卫生出版社 (2015年); Lauffenburger主编, Systems Biomedicine，Concepts and Perspectives，Academic Press(2009年)二、课程设置的目的意义通过本课程的

2、学习，使学生掌握要求掌握医学大数据与虚拟生理人的定义、医学大数据与虚拟生理人的基本工作流程的四个步骤; 熟悉有效的算法、数据结构，并以生物体的某一部分为研究对象，建立模式并以实验来证实可预测的生物体的表现。三、课程的基本要求随着生物分析技术和计算技术的快速发展, 生物医学产生了大量的数据. 21世纪以来,生命科学领域的数据量正在极速增长. 同时医学大数据不仅仅来源于高通量的基因组和转录组测序.大数据贯穿从基础研究到药物开发到临床诊疗到健康管理的所有环节. 在基础研究领域, 除高通量基因组和转录组测序产生的数据外, 代谢组、蛋白质组等领域也正在极速增长, 而细胞表型、代谢过程、致病基因等的分析都

3、亟需将不同类型的数据加以整合和解构, 从中挖掘出深刻而又非显而易见的生物学规律，其中虚拟生理人技术致力于人体生理在各层面的全身完整模型的建立,从器官、组织、细胞和分子水平到基因水平。使学生掌握要求掌握计算系统生物医学的定义、医学大数据与虚拟生理人的基本工作流程的四个步骤; 熟悉有效的算法、数据结构，并以生物体的某一部分为研究对象，建立模式并以实验来证实可预测的生物体的表现。四、教学内容、重点难点及教学设计章节教学内容总学时学时分配教学重点教学难点教学方案设计（含教学方法、教学手段）讲课(含研讨)实践第1章医学大数据与虚拟生理人的定义及最新进展44了解虚拟生理人的定义虚拟生理人学最新进展课堂讲授

4、、课堂讨论、多媒体教学。讲授内容和要点：（1）虚拟生理人的定义（2）虚拟生理人最新进展自学内容和要点：虚拟生理人，最新进展的文献阅读第2章生物化学反应的数学描述144化学主方程的建立吉菜斯皮算法等的讲授课堂讲授、课堂讨论、多媒体教学。讲授内容和要点：生物化学反应的数学描述2.1 生化反应系统 2.2 化学主方程 2.2.1 方程的建立 2.2.2 方程的性质 2.2.3 吉菜斯皮算法 2.3 化学速率方程 2.3.1 方程的建立 2.3.2 涨落耗散定理第3章生物化学反应的数学描述244化学主方程的建立跳跃算法等的 讲授课堂讲授、课堂讨论、多媒体教学。讲授内容和要点：生物化学反应的数学描述3.

5、1化学朗之万方程 3.1.1 方程的建立 3.1.2 随机积分的简单讨论3.1.3 跳跃算法3.2 福克尔-普朗克方程 3.3 反应速率随时间变化的生化反应系统 3.3.1 外部噪声干扰下的反应速率 3.3.2 推广的化学朗之万方程 3.3.3 伊藤积分与斯特拉托诺维奇积分 3.3.4 有色噪声第4章信号分子浓度梯度形成的数学模型144反应扩散方程的建立和模拟各种各样模型的 理解4.1 应扩散方程的建立和模拟 4.1.1 一维守恒率方程 4.1.2 流的不同形式 4.1.3 初值条件 4.1.4 高维守恒率方程 4.1.5 反应扩散方程的数值解 4.2 形态发生素与胚胎的发育 4.2.1 形态

6、发生素 4.2.2 Decapentaplegic与果蝇翅膀的发育 第5章信号分子浓度梯度形成的数学模型244反应扩散方程的建立和模拟各种各样模型的 理解5.1 形态发生素的扩散与数学模型的建立 5.1.1 模型A：自由扩散和与受体的结合 5.1.2 模型B：自由扩散，与受体结合，信号分子的降解 5.2.3 模型C：配体与受体的结合和离解，通过复合体的扩散 注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求顺序教学内容总学时学时分配教学重点讲课(含研讨)实践第1次以心肌细胞模型Kyoto model为实例的教学404霍奇金-赫胥黎方程，离子通道与能斯特方程，离子通道的门控机制，门控机制的数学描述等等第2次心肌细胞模型Kyoto model的计算机操作1404熟悉具体的数学模型第3次心肌细胞模型Kyoto model的计算机操作2404熟悉具体的数学模型六、考核方式及成绩评定根据课程类型、课程性质、课程内容及特点，确定适合的考核内容、考核方式及成绩评定。考核内容重点考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力、实践动手能力和创新能力等；考核方式采用多种形式（笔试、口试、答辩、测验、论文等）、多个阶段（平时测试、作业测评、课外阅读、社会实践、期末考核等）、多种类型（作品、课堂实训、课堂讨论、社会调查、