Cibernetica fisiologica (6 CFU - 1° per.) [Ing-Inf/04]

Il modulo si occupa di modellare, attraverso gli strumenti matematici propri della teoria dei controlli automatici, i processi fisici e chimici degli organismi viventi, al fine di interpretarne e prevederne il comportamento ed eventualmente di dimensionarne il controllo per mezzo di farmaci o vaccini. Per acquisire le competenze necessarie a questo scopo, nel corso verranno richiamati alcuni concetti fondamentali della teoria dei controlli automatici anche nel caso della presenza di fenomeni non lineari; si presenteranno le interpretazioni di Firestone e di Maxwell sulle analogie elettromeccaniche , che risulteranno utili per comprendere in modo intuitivo il comportamento di molti modelli biologici. In particolare si introducono modelli di: riflesso patellare, meccanica respiratoria, regolazione del flusso cardiaco, regolazione del glucosio, con l’introduzione di nonlinearità e interrelazioni complesse e con particolare riferimento alle diverse tipologie di diabete; regolazione di osmolarità e volemia, allo scopo di mostrare come sia possibile una modellazione di processi complessi con più interazioni di diverse componenti ormonali, al fine di costruire un modello dinamico utile, oltre che alla comprensione schematica dei meccanismi fisiologici, anche al progetto di metodi automatici per il controllo farmacologico; modellazione delle dinamiche cellulari coinvolte nella patologia dell’HIV e della leucemia mieloide cronica, allo scopo di identificare modelli predittivi accurati per una previsione dell’efficacia delle terapie farmacologiche; modelli epidemiologici utilizzabili per una ottimizzazione delle strategie vaccinali. Il corso presenta argomenti tipici del settore dell’automazione, ma prevede anche lo sviluppo autonomo dello studente, su base volontaria, di progetti originali di modelli di sistemi fisiologici, la loro simulazione (in ambiente Simulink) e la loro validazione con il contributo, se possibile, di esperti del settore (in genere medici o biologi).

Testi di riferimento
Dispense del corso http://www.dsea.unipi.it/Members/landiw/dispense/