SYSTEMS THINKING IN BIOLOGY

L’insegnamento è una delle attività formative del corso di laurea magistrale in Ingegneria Fisica. E’ mirato innanzitutto a far sì che lo studente sviluppi e comprenda gli approcci derivati dall'applicazione del Systems Thinking nel campo della Biologia e conseguentemente della Medicina. Questo permette successivamente allo studente/ssa di integrare la conoscenza acquisita nelle metodologie di studio, teorico e sperimentale, dei sistemi biomedici complessi. Un ulteriore aspetto che viene considerato durante il corso è la sua integrazione con altri approcci sistemici, in particolare quelli facenti capo all'utilizzo ad esempio di metodologie di Network Analysis, big data e machine learning. Lo studio si colloca inoltre all’interno di una generale prospettiva di sostenibilità delle applicazioni via via considerate.

Obiettivi formativi dell’insegnamento sono:
1) sviluppare la capacità di applicare allo studio di sistemi biologici e bio-medici il pensiero sistemico (Systems Thinking);
2) sviluppare una descrizione quantitativa integrata dei sistemi biologici e bio-medici in grado di indirizzare la creazione di simulatori computazionali;
3) sviluppare la capacità di legare concetti e teorie alla pratica sperimentale di caratterizzazione e studio delle malattie complesse, anche in riferimento ad altri insegnamenti a carattere sperimentale.

1. Conoscenza e comprensione
1.1. Conoscere e comprendere i principali concetti derivanti dalla teoria Generale dei Sistemi.
1.2. Conoscere e comprendere i metodi e il linguaggio simbolico facenti capo al Systems Thinking.
1.3. Conoscere e comprendere gli ambiti di applicazione nelle scienze della vita dell'approccio sistemico studiato.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
2.1. Saper utilizzare i metodi e i concetti appresi per studiare la dinamica dei sistemi biologici e bio-medici.
2.2. Essere in grado di progettare un simulatore computazionale della dinamica sistemica.

3. Capacità di giudizio
3.1. Saper valutare e scegliere criticamente gli approcci sperimentali più appropriati per lo studio sistemi considerati, individuando l’eventuale necessità di tecniche complementari atte a garantire la consistenza logica e l’affidabilità dello studio.
3.2. Saper integrare lo studio basato sul Systems Thinking con le informazioni ricavabili da approcci di tipo diverso, o facenti riferimento ad altri ambiti teorici.
3.3. Saper collocare la potenzialità applicativa dello studio all’interno di una prospettiva generale di sostenibilità integrata.

4. Abilità comunicative
4.1. Saper comunicare sia le conoscenze apprese sia gli effetti della loro applicazione utilizzando il linguaggio scientifico appropriato.
4.2. Saper interagire con il docente e con i compagni in modo costruttivo, in particolare durante i lavori realizzati in gruppo.

5. Capacità di apprendimento
5.1. Saper prendere appunti in modo esauriente e rigoroso, anche attraverso l’interazione con i compagni.
5.2. Selezionare efficacemente le fonti di riferimento per lo studio, anche attraverso l’interazione con il docente, soprattutto per le parti di programma che non sono individuabili in un singolo libro di testo.

Avere raggiunto gli obiettivi formativi dei corsi fondamentali di Matematica e Fisica di una Laurea Triennale STEM. Possedere una conoscenza di base di Biologia.

0. Presentazione del corso e sua contestualizzazione all’interno del percorso formativo. Peculiarità del corso in quanto corso curricolare.
1. Teoria Generale dei Sistemi e Systems Thinking. Cenni di storia dello sviluppo del pensiero sistemico.
2. Origini della complessità sistemica.
3. Linguaggio simbolico nella rappresentazione dei sistemi complessi: stocks, flows, processes.
4. Reti di feedback e complessità dinamica.
5. Rappresentazione simbolica tramite diagrammi stock-flow.
6. Mini-models e archetipi sistemici.
7. L'algebra della complessità.
8. Capire la complessità sistemica.
9. Il contributo di Jay W. Forrester e di Howard T. Odum.
10. Modelli verbali, modelli astratti e simulatori computazionali.
11. Systems Thinking e Biologia: un terreno ancora inesplorato.
12. Dal Riduzionismo alla dinamica sistemica.
13. Diagrammazione di sistemi biologici.
14. Descrizioni e predizioni: rispondere alle domande "What if?" attraverso l'analisi sistemica.
15. Sistemi bio-medici: le "malattie complesse".
16. Casi-studio: sistema immunitario, malattie auto-immuni, interazione virus-ospite, forme di cancro del sangue.
17. Individuazione dei sistemi su cui verterà l'esame finale e relative discussioni di gruppo.
18. Potenzialità e prospettive per la ricerca.

Non esiste (ancora) un testo di riferimento dedicato specificatamente all'approccio del Systems Thinking in biologia, ma molto materiale è reperibile sotto forma di articoli. Il docente fornirà in classe tutte le indicazioni per reperirlo, anche in dipendenza dei sistemi che verranno scelti come casi-studio per l'esame. Il docente fornirà inoltre una dispensina di introduzione generale al Systrems Thinking.

Il metodo previsto di verifica dell’apprendimento si articola in una prova orale dal superamento obbligatorio, in cui lo studente/ssa presenterà uno studio/progetto (diverso per ognuno), portato avanti anche durante il corso, su un sistema biologico o bio-medico scelto di comune accordo con il docente. Lo studente/ssa deve dimostrare sia l’apprendimento degli argomenti svolti a lezione sia la capacità di esporli in maniera formale rigorosa. La prova orale ha una durata di circa 30-45 minuti e deve essere sostenuta all’interno delle sessioni d’appello d’esame previste ufficialmente.

orale

Minimo voto accettabile di 18/30 e un voto massimo di 30/30.

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali alla lavagna, integrate da 3-6 proiezioni in powerpoint.
Nella piattaforma moodle di Ateneo sono inoltre presenti i materiali didattici proiettati in aula, nonché eventuali dispense specifiche redatte dal docente su argomenti particolari di più difficile reperimento (e.g., ottica non-lineare) e altro materiale (simulazioni, filmati, videoconferenze).

Accessibilità, Disabilità e Inclusione.
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento:
Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile