Biologia Sistêmica “ou” Biologia de Sistemas: um novo paradigma para as ciências biológicas e médicas

Presentemente, a biologia pode ser organizada essencialmente em duas “áreas” distintas, mas idealmente complementar: dry biology (“biologia seca”) e wet biology (“biologia molhada”). A wet biology é basicamente a biologia tradicional, ao passo que a dry biology são as novas formas de estudar sistemas biológicos valendo-se de computadores/modelos. Exemplos imperativos de dry biology são a ‘biologia sistêmica’ (também chamada de ‘biologia de sistemas’) e ‘biologia matemática’ (também conhecida como ‘biologia teórica’). Dado as linhas de pesquisa da dry biology seria possível empregar sistemas virtuais, alimentados por equações, para diagnóstico e prognóstico de condições médicas? Até que ponto podemos realmente ir na descrição matemática computacional de sistemas biológicos?

Algumas discussões em Biomatemática: biologia matemática, bioengenharia, biologia teórica e Cia

Resumo. Controle de peso é um vultoso desafio para qualquer pessoa. Ordinariamente, apreensão com relação a controle de peso abrolha tanto devido a fatores estéticos como de bem-estar. Umas das maiores problemáticas jaz na ocorrência de que o processo de alimentar e controle interno de energia, chamado cientificamente de homeostase, é alcançado de forma automática pelo corpo, em um processo análogo a "tecnologia da informação", que integra diferentes partes do corpo, como sistema digestivo e cérebro; obtém-se escasso controle desse do ponto de vista global. Neste artigo, disserta-se sobre o conceito de biomatemática, um exemplo, emprestado de uma pesquisa recente em desenvolvimento, é explorado para nortear o leitor em torno do conceito de biomatemática. O desígnio do artigo é chamar a apreciação para a crescente pendência por profissionais em áreas que unam engenharias, física, matemática e ciências da vida. Mesmo que essa demanda já existe por um bom tempo, de modo recente, isso se tem mostrado mais proeminente. Simulações computacionais, acompanhadas de um modelo matemático emprestado e adaptado da literatura, é discernido. O artigo é concluído com algumas altercações, exposições finais, e as atinente referências; as referências foram selecionadas de modo a servir como um quadro sinóptico para interessados nas discussões.

Palavras-chaves. Biomatemática; Bioengenharia; Biologia Matemática; Biologia Sistêmica;  Biologia Teórica; Engenharia Biomédica; Fisiologia Matemática.

Abstract. Body weight management is a dreadful task for anyone attempting to lose some pounds. In general, weight control apprehensions are born from either esthetic or healthcare reasons.  One of the substantial challenges boils down to the fact that weight control is an automatic biological process, orchestrated by our internal workings, metabolism and so on, a process similar to technology of information in companies, different parts of the body are integrated; e.g., stomach, the guts, and the brain. On this paper we discuss biomathematics and an example borrowed from an up to date research in development by the authors is used to epitomize, presented; most of the idiosyncrasies of biomathematics compared to traditional modeling is pinned down. The aim of the article is to call awareness for the ever-mounting demand for professionals engaged on areas that mixture math, physics, and engineering sciences with life sciences. Notwithstanding these callings are not novel, the growing academic requirement is more evident than ever. Computer experiments, in silico, are presented at the side of the mathematical formalism. The article ends up with deliberations, final remarks, and a group of references carefully selected for taking the place of a map for anyone engrossed to jump into the area.

Keywords. Biomathematics; Mathematical Biology; Mathematical Physiology; Biomedical Engineering; Theoretical Biology; Systems Biology. 

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Biologia Sistêmica&Inteligência Computacional part 1

Paper in Academia Edu.

biologia sistêmica para engenheiros de produção e industrial

Sobre o trabalho

Título do material

Uma introdução à biologia sistêmica para engenheiros de produção e industrial

Conteúdos

Biologia sistêmica, biomatemática, biologia matemática, bioengenharia, pensamento sistêmico em biologia e medicina, interface entre engenharias e áreas biológicas e médicas.  

Descrição do conteúdo

Como defendido por mim no SIMPEP 2013, artigo, biologia está entre as áreas que formam os desafios do milênio, é tanto que o número de artigos e livros na área cresceu de forma exponencial. Biomatemática e derivações como biologia sistêmica têm mudado a face do mundo biológico e médico, trazendo métodos quantitativos e metodologias geralmente associadas à engenharia a ser consideradas por essas áreas acadêmicas de forma direta. O que é mais interessante de notar é uma tendência cada vez maior das áreas biológicas ao que conhecemos como engenharia, pensamento quantitativo, e pensamento teórico. No entanto, na língua portuguesa não existe literatura em abundância em biologia sistêmica, em especial literatura não-especializada (público genérico), tratando biologia sistêmica e biomatemática; como exemplo, uma busca no Amazon.com.br. Em artigo enviado para avaliação, procuro discutir o tema para o público de inteligência computacional na língua portuguesa: ver http://biologiasistemica.blogspot.it/.  Sendo assim, esse manuscrito pretende servir como um ponto de partida para profissionais e estudantes de engenharia, com enfoque em engenharia de produção, que possam se interessa pela área e procuram referências didáticas em vez de livros editados ou mesmo focado em pontos específicos, ao pensar do autor, a formação do mesmo em engenharia de produção o propiciará uma forma diferente de apresentar o assunto; adicionalmente o livro será publicado em Português, o que o torna interessante para jovens cientistas brasileiros. Pretendo convidar um professor mais experiente na área para participar da publicação, livro-texto, algo que depende da disponibilidade de tempo do professor referido ou mesmo interesse em publicar em Português.  

Detalhes: submetido sobe convite por email (Editora Blucher)

Redes Biológicas

“.....Não há ramo da matemática, por mais abstrato que seja, que não possa um dia vir a ser aplicado aos fenômenos do mundo real...” Lobachevsky

“.....As grandes teorias nascem da mistura...a fragmentação da ciência é algo totalmente humano como a ética...não tendo nem um sentido fora do nosso mundo intelectual...”

Umas das mais importantes mudanças nas áreas biológicas está na mudança de mentalidade. Como reconhece e defende Capra (1975), Newton (1642-1727) influenciou muitas áreas científicas além da física. Essa influência veio de forma inicialmente positiva, dado às ciências tradicionais novos horizontes, mas, isso com o passar do tempo, acabou se tornando um tumor nas ciências como biologia e medicina;  áreas como psicologia tentaram incorporar a forma de pensar desse filósofo, teólogo e matemático-físico.  

“.....Hoje temos bifurcações em todos as ciências devido a essa inicial tentava que falhou e os reparos deixaram cicatrizes....”.

Raízes da biologia sistêmica

Buscas por leis em redes biológicas

Limites das físicas

Função das redes de transcrição: máquina de interface entre meio ambiente o interno do sistema vivo.

Biologia Sistêmica: um novo paradigma para as ciências biológicas e exatas “ou” Biologia Sistêmica e Inteligência Computacional (versão 13)

versão 1 -> versão 12: aumento no número de páginas (de 13 para 17), duas seções novas, uma em propriedades emergentes e uma sobre uma metodologia em desenvolvimento por mim; diminuição do número de figuras, aparentemente algumas figuras estavam criando confusão; diminuição e rearranjo da conclusão, aparentemente mais direta, as partes eliminadas da conclusão foram eliminadas do artigo como um todo; adição de subseção em biologia sistêmica, revisão bibliográfica curta na esperança de enriquecer o trabalho; fusão de algumas seções curtas em uma única, de 10 para 6: adição de uma figura nova como parte da seção nova na metodologia em desenvolvimento por mim: referencial bibliográfico mantido intacto, com exceção de algumas novas referências, existem referências não citadas no texto.

Texto completo: versão 1 -> versão 12. 

Propriedades emergentes

Talvez um dos conceito mais importantes na ciência moderna seja o conceito de comportamento e propriedade emergente, dois temos usados de forma quase similar, mas de acordo com interpretação minha, ou pouco diferente. 

Como destacado por alguns cientistas modernos, a nossa engenharia não está preparada para desenha sistemas baseados em propriedades emergentes, em muitos casos essas são eliminadas ou mesmo vistas como "fantasmas". é muito provável que a problemática seja a falta de literatura tratando o assunto de forma simples e geral. O termo pode ser encontrado em livros diversos, mas principalmente em sistemas complexos, redes complexas, biologia sistêmica, e inteligência computacional. Recentemente fui pego de surpresa na revisão de um trabalho, o mesmo que foi usado como motivação para  criar este blog, o revisores pediram que eu falasse mais de propriedades emergentes, dado a importância do termo. Talvez a forma mais simples de defini-la seja: propriedades emergentes é qualquer propriedade de um sistema que surge da interação. Sendo assim, propriedades emergentes pode ser visto como calor em termodinâmica. Um exemplo interessante segue abaixo, no qual temos um conjunto de tartarugas que interagem, Estas são dotadas de regras simples, mas nenhuma definição do que fazer, um círculo é criado.

" Each turtle follows two simple rules: (1) it tries to keep a certain distance from each of its two "neighbors", and (2) it gently "repels" the group as a whole, trying to move away from the other turtles. With these two rules, the turtles arrange themselves into a circle." (StarLogo, http://education.mit.edu/starlogo/). 

Um outro exemplo pode ser citado de um trabalho desenvolvido por mim e parceria em 2009 para a primeira escola luso brasileira de computação evolutiva. A ideia era usar análise de componentes principais (acp) em computação evolutiva. Os "indivíduos" são capazes de achar os eixos principais somente com regras simples, sobreviver e mutação. ACP é uma ferramenta matemática bem definida: calcule a matriz de correlação e os autovetores e autovalores. Similar resultado pode ser feito usando redes neurais, que é um outro exemplo de propriedades emergentes em ação.

Vetores em coordenadas polares para o início, neste gráfico somente a direção dos indivíduos importa. 

Fonte: Simulações por Jorge Guerra Pires 2009    

Vetores em coordenadas polares para tempo intermediário, neste gráfico somente a direção dos indivíduos importa.  

Fonte: Simulações por Jorge Guerra Pires 2009   

tartarugas desenham um círculo sem necessariamente haver uma definição de círculo.
Fonte: http://education.mit.edu/starlogo/

Evolução de indivíduos em algoritmo genético
Fonte: Simulações por Jorge Guerra Pires 2009