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Computer-Simulation in der Medizin (Sommer 2024)

Modulkennung:
KOMORB08 sowie 92.00064

Dozent:
Prof. Dr. Thomas Stiehl

Termin:
Mo, 17.15-19.15 Uhr, Pauwelsstr. 19 (MTZ II), Etage 3, Flur B, Raum 3.04

Start:
8.4.2024

Vorlesungsunterlagen:
Die Unterlagen werden nach jeder Veranstaltung zur Verfügung gestellt.

Zusammenfassung:

Computersimulationen sind zu einem festen Bestandteil in Forschung und Klinik geworden. Dieser Kurs bietet eine Einführung in wesentliche Konzepte der Computersimulation. Vorlesungen zur Vermittlung theoretischer Aspekte wechseln sich mit praktisch-interaktiven Einheiten ab, bei denen die Studierenden selbst Computersimulationen zu verschiedenen spezifischen Fragestellungen ausführen.

Die praktischen Einheiten basieren auf eigens für diesen Kurs entwickelter Software mit einer intuitiven graphischen Benutzeroberfläche, die Studierenden müssen nicht selbst programmieren. Programmierkenntnisse sowie mathematisches Hintergrundwissen sind ausdrücklich nicht erforderlich.

Der Kurs vermittelt ein breites Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten, im Fokus stehen hierbei Computermodelle, die ein mechanistisches Verständnis medizinischer Fragestellungen zum Ziel haben. Die behandelten Beispiele reichen von der Simulation klinischer Interventionen (z.B. Knochenmarkstransplantation) und Krankheitsmechanismen (z.B. Tumorwachstum) bis hin zu Aspekten aus der personalisierten Medizin (z.B. Vorhersage von Krankheitsprogression), der Epidemiologie (Ausbreitung von Infektionskrankheiten) und der Grundlagenforschung (z.B. Simulation von Zellkulturen).

Die Möglichkeiten, die Computersimulationen in verschiedenen Bereiche der Medizin bieten, werden im Laufe des Kurses dargestellt und deren Grenzen aufgezeigt. Dieser Kurs richtet sich an alle Studierenden, die lernen möchten, wie man den Computer einsetzen kann, um biomedizinische Vorgänge besser zu verstehen.

Kurs-Plan:
  1. Vorlesung: “In vitro, in vivo, in silico – Was sind Computermodelle und wozu sind sie zu gebrauchen?”
  2. Praktisch-interaktive Einheit „Einfache Computermodelle“: Wachstum von Bakterien, Pharmakokinetik
  3. Vorlesung: “Was können Computersimulationen zum Verständnis komplexer Therapien beitragen?” Praktisch-interaktive Einheit „Regenerative Medizin“: Knochenmarkstransplantation
  4. Vorlesung: ”Was können Computersimulationen zum Verständnis von Krankheitsmechanismen beitragen?”
  5. Praktisch-interaktive Einheit „Onkologie“: Proliferation von Krebsstammzellen
  6. Vorlesung: “Auf dem Weg zur personalisierten Medizin: Computerbasierte Vorhersage von Krankheitsprogress”, Praktisch-interaktive Einheit „Personalisierte Medizin“: Progress von Blutkrebs
  7. Vorlesung: “Pandemie, Epidemie, Endemie: Ansätze zur Simulation der Ausbreitung von Infektionskrankheiten”, Praktisch-interaktive Einheit „Epidemiologie“: Ein einfaches Modell der Krankheitsausbreitung und Impfung
  8. Vorlesung: “Wie können Computersimulationen zum Verständnis und zur Planung von Experimenten beitragen?”
  9. Praktisch-interaktive Einheit „Grundlagenwissenschaften“: Simulation von Zellkulturen
  10. Vorlesung: “Simulation von Aktionspotentialen”
  11. Praktisch-interaktive Einheit „Computergestützte Neurowissenschaften“: Simulation von Aktionspotentialen mit dem Hodgkin-Huxley-Modell
  12. Zusammenfassung, Wiederholung und Schlussfolgerung: Was können wir nicht von Computermodellen lernen?