Biological modeling

Course goals

Leerdoelen
In deze cursus leer je:

• wiskundige modellen lezen, begrijpen (kunnen toelichten) en bekritiseren,
• klassieke modellen voor populatiedynamica begrijpen en herkennen,
• nieuwe wiskundige modellen opstellen voor biologische vraagstukken,
• theoretische resultaten vertalen naar een biologische interpretatie,
• dynamica van populaties op een computer simuleren en analyseren,
• toepassen van begrippen als stabiliteit, periodiek gedrag, attractor, hysterese, en complex systemen,
• een mondelinge presentatie maken en presenteren,
• schriftelijk rapporteren.

Vaardigheden
Lezen en analyseren van wetenschappelijk artikelen, beroeps-specifieke tools, computer als leeromgeving, programmeren in R, uitvoeren van de onderzoekscyclus, omgaan met complexe systemen, mondelinge rapportage, schriftelijke rapportage. Tijdens de cursus introduceren we ook een aantal nieuwe wiskundige concepten zoals: matrix, eigenwaarde, partiele afgeleiden, Jacobi matrix en complexe getallen.
 

Vaardigheden	Onderdeel van de cursus	Expliciet getoetst?
Schrijven	X	X
Mondeling presenteren	X
Omgaan met data	X	X
Praktische onderzoeksvaardigheden
Onderzoeksvaardigheden	X	X
Samenwerken	X
Kritisch denken	X
Loopbaanoriëntatie
Interdisciplinariteit	X

 

Content

Ingangseisen
Biologische Modellen en Statistiek (of voormalige vakken Kwantitatieve Biologie of Systeembiologie, jaar 1) of vergelijkbare kennis. Je kunt deze cursus niet volgen als je de voormalige cursus Theoretische ecologie al gehaald hebt.

Studie-interesserichting
Deze cursus is onderdeel van de studie-interesserichtingen Theoretische Biologie & Bioinformatica en Ecologie en Natuurbeheer en is aanbevolen voor Evolutiebiologie, Gedragsbiologie, Mariene wetenschappen, Plantenbiologie, Neurobiologie en Microbiologie.

Taal
De cursus wordt grotendeels in het Nederlands gegeven. De meeste materialen (cursusboek, college-slides) zijn echter in het Engels.

Inhoud
Theoretisch onderzoek speelt een belangrijke rol in de biologie. In deze cursus leer je hoe de dynamica van biologische populaties kunt beschrijven en begrijpen met wiskundige modellen. Dit vak focust op modellen op basis van differentiaalvergelijkingen, maar ruimtelijke en stochastische modellen komen ook kort aan bod.
        De cursus behandelt een groot aantal wiskundige modellen, uit uiteenlopende vakgebieden. Voorbeelden zijn: ecologische voedselketens, epidemiologische modellen, bacteriën geïnfecteerd door fagen en populaties van cellen. Je wordt vertrouwd gemaakt met het opstellen van wiskundige modellen. Daarbij staat de biologie centraal: wat weet je over het systeem, en welke aannames zijn redelijk?
        Tijdens de eerste weken leer je hoe je dynamische modellen op basis van differentiaalvergelijkingen kunt analyseren. Daarvoor zul je ook wat nieuwe wiskunde moeten leren. Vervolgens behandelen we verschillende klassieke modellen. In de 6^e week maken we een uitstapje naar ruimtelijke en stochastische modellen. De theorie wordt afgesloten met een tentamen in week 7.
        Tijdens de laatste 2 weken van de cursus werk je in een kleine groep aan een project dat veelal begint met resultaten van een recente wetenschappelijke publicatie. In deze opdracht breng je nieuwe kennis in praktijk, lees je primaire literatuur, en doorloop je de onderzoekcyclus van vraagstelling, naar onderzoek, naar het presenteren van je resultaten (totaal 2 weken, afgesloten met een schriftelijk verslag en een presentatie.).  
 
Onderwijsvormen
Nieuwe stof wordt uitgelegd in interactieve hoorcolleges. De stof wordt uitgebreid geoefend in werkcolleges met pen-en-papier opgaven en computersimulaties. In week 8 en 9 doorloop je de onderzoekcyclus en werk je zo zelfstandig mogelijk aan een project. Er wordt tijd gereserveerd voor zelfstudie.

Toetsing
De cursus is voldoende afgerond als je aan de inspanningsverplichtingen voldoet, een voldoende (5,5 of hoger) haalt als eindcijfer, en voor beide toetsen minimaal een 4 haalt.

De eerste toets is een schriftelijk tentamen dat gaat over alle stof behandeld in week 1-6. De tweede toets is het verslag over het groepsproject (in groepsvorm). De onderdelen tellen als volgt mee:

• Deeltentamen:         75%
• Project:                  25%

Tentamenvragen worden in het Engels geformuleerd, maar antwoorden mag naar wens in het Nederlands of Engels. Het projectverslag mag ook in het Engels of in het Nederlands geschreven worden.

Onder de inspanningsverplichting valt:

• Het zorgvuldig uitwerken en op tijd inleveren van een drietal inleveropgaven.
• Aanwezigheid bij gastcolleges.
• Inzet tijdens het groepsproject (de laatste twee weken), incl. aanwezigheid bij activiteiten in die periode, zoals een peer-feedback-sessie.
• Aanwezigheid bij reguliere hoorcolleges en deelname aan reguliere werkcolleges is niet verplicht. Maar in de praktijk blijken de hoor- en werkcolleges essentieel voor een goed begrip van de stof.

Studiemateriaal
Verplicht:

• We vragen je R en RStudio op de laptop te installeren.
• De cursusboeken “Biological Models of Populations” en “Matrices, linearization, and the Jacobi matrix”, plus een boekje met uitwerkingen. Deze worden als PDF beschikbaar gesteld, en fysieke exemplaren worden tegen kostprijs aangeboden.