HC7: Feedbacksystemen en modellen

Algemene informatie

• Welke onderwerpen worden behandeld in het hoorcollege?
  • In dit college wordt besproken wat een model is en hoe modellen toegepast worden in de medische wereld
• Welke onderwerpen worden besproken die niet worden behandeld in de literatuur?
  • Alle onderwerpen in dit college worden ook behandeld in de literatuur
• Welke recente ontwikkelingen in het vakgebied worden besproken?
  • Er zijn geen recente ontwikkelingen besproken
• Welke opmerkingen worden er tijdens het college gedaan door de docent met betrekking tot het tentamen?
  • Er zijn geen opmerkingen over het tentamen gemaakt
• Welke vragen worden behandeld die gesteld kunnen worden op het tentamen?
  • Er zijn geen mogelijke vragen behandeld

Model

Feedback is altijd negatief of positief:

• Bij de temperatuurregeling is er negatieve feedback
• Bij baring is er positieve feedback

Een fysiologisch feedbacksysteem is een model. Een model is:

• Een voorbeeld
• Een ideaalbeeld
• Een (kleinschalige) reproductie van de werkelijkheid

Een definitie voor het woord model is: "een representatie (van een ideaalbeeld), vaak in de vorm van wiskundige modellen". Deze wiskundige modellen kunnen uitkomst brengen bij bepaalde problemen.

Fibonacci:

Een voorbeeld van een wiskundig model is de gulden snede. Deze komt op veel plekken in de natuur voor. De gulden snede is gebaseerd op de reeks van Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, 55 etc.).

Galileo:

Galileo heeft een methode bedacht die veel in de wetenschap wordt gebruikt. Hij gaat uit van de Sensate esperienze (experimentele waarneming). Dit heeft te maken met inductie en deductie.

Inductie

Inductie is het afleiden van een algemene regel uit meerdere specifieke waarnemingen:

1. Via inductie van allerlei observaties komt men bij een theoretische hypothese
2. Via deductie en syllogisme komt men tot de necessario dimonstratzione
3. Via een experiment wordt de hypothese geverifeerd of gefalsificeerd
4. Er ontstaat een nieuwe wet of hypothese

Deductie

Deductie is het maken van uitspraak over het bijzondere op basis van een algemene regel. Hierbij worden de regels van de logica gevolgd. Dit kan gedaan worden m.b.v. syllogisme ("alle vogels zijn dieren" en "alle zwanen zijn vogels" → "alle zwanen zijn dieren").

Verificatie en falsificatie

Hypotheses worden via verificatie en falsificatie bevestigd. Verificatie is het tegengestelde van falsificatie:

• Verificatie is het vooraf aangeven hoe een hypothese d.m.v. experimenten kan worden bewezen. Deze hypothese kan alleen bewezen worden door de empirie
• Bij falsificatie geeft men van tevoren aan bij welke uitkomst van het experiment er aanleiding is om de geldigheid van een theorie of hypothese te verwerpen

Een model zal dus nooit exact de werkelijkheid weergeven → een model is zo goed als de aannames zijn.

De wetenschappelijke methode

De wetenschappelijke methode verloopt als volgt:

1. Op basis van waarnemingen wordt er via inductie een theorie of hypothese gevormd
2. Door deductief redeneren komt men tot een voorspelling
3. De voorspelling wordt in experiment getoetst
4. De resultaten worden m.b.v. verificatie en falsificatie geëvalueerd

Bij de wetenschappelijke methode is er sprake van een cirkel:

• D.m.v. metafysica wordt van de realiteit een representatie gemaakt
• D.m.v. wetenschap wordt de representatie omgezet in realiteit

In de medische wereld:

Dit proces blijft zich continu herhalen, ook bij medisch onderzoek:

• N.a.v. een klacht wordt gezocht naar resultaten waardoor er een ziektebeeld uitkomt
• Door onderzoek wordt teruggegaan naar de klacht

De anamnese is inductie, het kiezen van onderzoek is deductie. Het kiezen van de juiste therapie is ook weer deductie. Men gaat dus d.m.v. inductie van een experiment naar een model, en door deductie weer naar een experiment.

Simulaties

Modellen geven de werkelijkheid nooit exact weer: een model is zo goed als zijn aannames. Om te kijken hoe een model zich aanpast aan een veranderende omgeving worden simulaties gebruikt. Dit kan alleen als een model is uitgedrukt in wiskundige formules → kan in de computer worden uitgedrukt in simulaties.

Het valideren bij een experiment kost veel tijd en is moeilijk uitvoerbaar. Dit is niet het geval van simulaties: de resultaten zijn onzeker, maar het is snel uitvoerbaar en het onmogelijke wordt mogelijk gemaakt.

• Experimenten worden gebruikt bij:
  • Onvoldoende begrijp van basismechanismen
  • Het onderzoeken van aannames
  • Materiële gelijkheid
• Simulaties worden gebruikt bij:
  • Het vinden van relaties in het systeem te vinden door tijd en ruimte te comprimeren
  • Formele gelijkheid
  • Begrip van dynamische complexiteit.

Experimenten en simulaties zijn een goede combinatie:

• Experimenten zijn nodig om simulaties te valideren
  • Er wordt gekeken of een model klopt, en voor simulaties gebruikt kan worden
• Experimenten profiteren van simulaties → het onderzoek kan versneld worden