Προσομοίωση φυσιολογικών συστημάτων

Οι όροι μοντέλο (model) και προσομοίωση (simulation) χρησιμοποιούνται συχνά σε πολλές γνωστικές περιοχές της μηχανικής. Αποδίδουν εικόνες μαθηματικών εξισώσεων, ηλεκτρικά και μηχανικά ανάλογα, καθώς και προγράμματα Η/Υ που έχουν σαν σκοπό την περιγραφή/μίμηση της δυναμικής συμπεριφοράς συγκεκριμένων συσκευών και συστημάτων. Αυτοί οι όροι είναι ιδιαίτερα σημαντικοί για τους επιστήμονες που εμπλέκονται σε έρευνα στην περιοχή της βιολογίας και της ιατρικής, με σκοπό τη βελτίωση της κατανόησης τόσο των μηχανισμών που είναι υπεύθυνοι για τη λειτουργία όσο και για την ίδια τη λειτουργία συγκεκριμένων φυσιολογικών και βιολογικών συστημάτων. Η ουσιαστικότερη συμβολή της ανάπτυξης μοντέλων και μεθόδων προσομοίωσης συνίσταται στη χρησιμότητά τους για την υπόδειξη στους ερευνητές/πειραματιστές των πιο αποτελεσματικών, σημαντικών και δημιουργικών οδών έρευνας.

Οι ταχύτατες εξελίξεις στην περιοχή των Η/Υ και η διαθεσιμότητα ισχυρών υπολογιστικών συστημάτων σε σχετικά χαμηλό κόστος καθιστούν πλέον δυνατή την επίλυση εξαιρετικά πολύπλοκων προβλημάτων και αναδεικνύουν την εξαιρετική σπουδαιότητα και χρησιμότητα των τεχνικών προσομοίωσης. Επιπλέον ο συνδυασμός τους με εξελιγμένες τεχνικές παρουσίασης των αποτελεσμάτων ή ακόμη και με τεχνικές εικονικής πραγματικότητας προσφέρει νέα εργαλεία στη σύγχρονη διαγνωστική και θεραπευτική προσέγγιση. Ειδικά σήμερα με την ταχεία παραγωγή βιοϊατρικών δεδομένων που αφορούν σε διαφορετικά επίπεδα οργάνωσης των βιολογικών συστημάτων, ξεκινώντας από χαμηλό επίπεδο (π.χ. γονίδια, έκφραση πρωτεϊνών, αλληλεπιδράσεις μακρομορίων) και φτάνοντας σε υψηλότερα επίπεδα (π.χ. απεικονιστικά δεδομένα ατόμων, πληθυσμιακά δεδομένα εμφάνισης νόσων) είναι δυνατή η πολυ-επίπεδη ανάλυση των βιοϊατρικών δεδομένων με στόχο την εξατομικευμένη πρόληψη και θεραπεία και τη βελτίωση της δημόσιας υγείας. Οι τεχνικές μοντελοποίησης και προσομοίωσης εφαρμόζονται πλέον σε επίπεδο μοριακών και κυτταρικών διεργασιών, οργάνων και ιστών, φυσιολογικών συστημάτων αλλά και σε επίπεδο πληθυσμών ατόμων. Συγχρόνως, η πληθώρα των διαθέσιμων δεδομένων καθιστά δυνατή την ιεράρχηση και ενοποίηση τους σε μεγάλη κλίμακα καθώς και τη χρήση και τον έλεγχο των τεχνικών που αναπτύσσονται για την ανάλυση τους σε κλινικό περιβάλλον.

Στο βιβλίο αυτό, περιγράφονται οι βασικές αρχές οικοδόμησης μοντέλων και τεχνικών προσομοίωσης αλλά και συγκεκριμένα παραδείγματα που δείχνουν τη χρησιμότητα τους για την κατανόηση της λειτουργίας φυσιολογικών και βιολογικών συστημάτων. Παράλληλα, παρουσιάζονται εργαλεία, τεχνικές και παραδείγματα από το γρήγορα εξελισσόμενο διεπιστημονικό κλάδο της Βιοπληροφορικής/Υπολογιστικής Βιολογίας που αφορούν στην ανάλυση βιοϊατρικών δεδομένων κυτταρικού ή υποκυτταρικού επιπέδου, π.χ. γονιδιωματικής και πρωτεϊνωμικής, και στοχεύουν να συμβάλουν στη συγκρότηση ενός πλέγματος γνώσης δομημένου σε μοριακό επίπεδο που φτάνει ως το επίπεδο του βιολογικού συστήματος. [...]

(από τον πρόλογο της συγγραφέως)