- / -

Η εν λόγω διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο μελέτης το ρόλο των διαφόρων συντελεστών μεταφοράς σε συνθήκες ψυχρού πλάσματος, για τη δημιουργία και διάδοση των κυμάτων ιονισμού (streamers), και τον υπολογισμό αυτών των συντελεστών μέσω του λογισμικού επίλυσης της εξισώσεως Boltzmann, καθώς και τη σύγκλιση που παρουσιάζει πειραματικά και θεωρητικά ο υπολογισμός αυτών με τη χρήση του συγκεκριμένου προγράμματος. Εν αρχή παρουσιάζονται κάποιες βασικές έννοιες και στοιχεία σχετικά με τις ηλεκτρικές εκκενώσεις, το πλάσμα και τις αρχές που το διέπουν. Το πλάσμα παράγεται μέσω ηλεκτρικών εκκενώσεων σε αέρια, τα οποία μετατρέπονται σε αγώγιμα μέσα. Με κριτήρια την ηλεκτρονική του θερμοκρασία, πυκνότητα και το βαθμό ιονισμού του το κατατάσσουμε σε ψυχρό, θερμικό και θερμό. Η δημιουργία πλάσματος εξαρτάται από μια πληθώρα παραγόντων, όπως η γεωμετρία του αντιδραστήρα και του διακένου, τα χαρακτηριστικά του αερίου και φυσικά το σύστημα τροφοδοσίας. Οι εφαρμογές του ποικίλλουν, και κυμαίνονται από την παραγωγή Laser, ηλεκτρικής ισχύος μέσω της θερμοπυρηνικής σύντηξης, όζοντος αλλά και την επεξεργασία υλικών και επιφανειών. Ακολουθεί έπειτα μια σύντομη ανάλυση των εξισώσεων Μεταφοράς Boltmann και κατανομής Maxwell-Boltzmann. Παρακάτω ακολουθεί η ανάπτυξη στοιχείων της θεωρίας των ηλεκτρικών εκκενώσεων, όπως αυτών της διάσπασης δια του μηχανισμού Streamer. Εν συνεχεία, αναλύεται ο ρόλος των προγραμμάτων επιλύσεως της εξισώσεως Boltzmann στον υπολογισμό των συντελεστών μεταφοράς και στην αξιόπιστη εξομοίωση των φαινομένων των ηλεκτρικών εκκενώσεων, παρουσιάζεται το λογισμικό επιλύσεως της εξίσωσης Boltzmann, Bolsig+, οι παράμετροι λειτουργίας καθώς και οι δυνατότητες αυτού. Κατόπιν, ακολουθούν σε αντιπαραβολή πειραματικές μετρήσεις με τις αντίστοιχες προβλέψεις του Bolsig+ για ταυτόσημες συνθήκες. Εν κατακλείδι, συνοψίζεται η χρησιμότητα αξιόπιστων προγραμμάτων επίλυσης, όπως το προαναφερθέν καθώς και η βαρύτητα των συντελεστών μεταφοράς στα υπό μελέτη φαινόμενα ηλεκτρικών εκκενώσεων. / The main subject of this thesis is the investigation of the importance and role of the macroscopic coefficients, in cold plasma conditions, in the creation and propagation of streamers and also the calculation of these coefficients through the sollution of the Boltzmann equation, via a Boltzmann equation solver, and their convergence with experimental data. First some fundamental principles ,concerning electric discharges, are presented. Plasma is produced through gas discharges, which become conductive as a result. Depending on their electronic temperature, density and ionization degree the plasmas are categorized as cold, thermal and thermonuclear. The creation of plasma depends on a number of factors, such as the reactor's and the gap's geometry, the nature of the gas and the power system. Its applications vary, ranging from Lasers, production of electric power through nuclear fusion, ozone production to the processing of materials and surfaces. A brief analysis of Boltzmann's Distribution Law and Boltzmann's Transport equation follows, while the fundamental principles of gas discharges, such as the streamer mechanism, are also presented. In addition to the above, the specific method for the numerical solution of the Boltzmann equation used by the Boltzmann solvers, such as BOLSIG+, is thoroughly analyzed. The importance of the equation's solution is further explained, as are the natural processes and mechanisms that lead to the creation and propagation of the streamer phenomenon. Moreover, several calculations of the macroscopic coefficients, through experimental data and their respective models are presented in comparison to calculations of the same coefficients through the solution of Boltzmann's Transport equation. Finally, the necessity for reliable and fast Boltzmann equation solvers is summarized, as well as the gravity of the transport coefficients in the investigation and analysis of gas discharges, such as streamers.

Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της ακουστικής παρακολούθησης και ανάλυσης λειτουργίας μηχανών σε βιομηχανικές και μη εφαρμογές. Ασχολούμαστε κυρίως με την παρακολούθηση του θορύβου που εκπέμπουν οι μηχανές και μας ενδιαφέρει ο εντοπισμός των ηχητικών πηγών (πηγών θορύβου) προκειμένου να ληφθούν οι κατάλληλες ενέργειες. Για το σκοπό αυτό παρουσιάζονται μέθοδοι, «οπτικοποίησης» του ηχητικού πεδίου, οι οποίες κάνουν πιο εύκολη τη διαδικασία εντοπισμού. Σε αυτή τη διπλωματική εργασία παρουσιάζοντα οι βασικές αρχές της ακουστικής θεωρίας, οι βασικές διατάξεις που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση του ήχου. Στη συνέχεια περιγράφονται οι υπάρχουσες μέθοδοι χαρτογράφησης του ηχητικού πεδίου για τον προσδιορισμό των ηχητικών πηγών, οι διατάξεις που χρησιμοποιούνται για το σκοπό αυτό και τέλος παραθέτονται κάποιες εφαρμογές. / The object of this diploma paper is the acoustic attendance and analysis of machines in industrial and other applications. Our main concern is the noise emission from the machines and we are also interested on locating the sound (noise) sources in order to take proper actions. For this purpose methods of sound “visualization” are introduced, that make easier the process of locating the sources. In this diploma paper we also introduce the basic principles of acoustic theory and the used arrays for sound measurement. Next is the description of the existing methods of mapping the sound field in order to detect the sound sources, the instruments used for this purpose and in the end some applications.

- / -

- / -

- / -

Η δραστηριότητα των Οξύαιχμων κυμάτων-Ριπιδισμών (Sharp waves-Ripples, SPWs-R) αποτελεί μια πληθυσμιακή δραστηριότητα του ιπποκάμπου που εμπλέκεται στην παγίωση της μνήμης. Η υψίσυχνη ταλάντωση των ριπιδισμών (100-200Hz) είναι αποτέλεσμα της πολύπλοκης αλληλεπίδρασης μεταξύ των πυραμιδικών κυττάρων και ορισμένων τύπων GABAεργικών ενδονευρώνων, μεταξύ των οποίων είναι τα καλαθοειδή κύτταρα που εκφράζουν παρβαλβουμίνη (PV-basket cells). Ο υποδοχέας για τα οπιοειδή τύπου «μ» εντοπίζεται στις απολήξεις των καλαθοειδών κυττάρων που εκφράζουν παρβαλβουμίνη, τα οποία αυξάνουν το βαθμό πυροδότησής τους ταυτόχρονα με την ταλάντωση των ριπιδισμών. Στην παρούσα μελέτη, χρησιμοποιώντας ένα in-vitro μοντέλο των Οξύαιχμων κυμάτων-Ριπιδισμών, μελετήσαμε την επίδραση δύο εκλεκτικών αγωνιστών του υποδοχέα των οπιοειδών τύπου «μ», της φαιντανύλης (1, 5, 10, 100, 500 και 1000 nM) και της μορφίνης (5, 10, 100, 1000 και 10000 nM). Και τα δύο φάρμακα αύξησαν σημαντικά το πλάτος και μείωσαν σημαντικά τη συχνότητα των SPWs με τρόπο δοσοεξαρτώμενο. Επιπλέον, η μείωση της συχνότητας συνέχισε και μετά την πάροδο της μίας ώρας εφαρμογής των φαρμάκων, ενώ η αύξηση του πλάτους είχε νωρίτερα παρουσίασει φαινόμενο plateau (40-50 λεπτά). Τα δύο φάρμακα δεν μετέβαλλαν τις παραμέτρους διάρκειας των απομονομένων επεισοδίων SPWs. Στις υψηλές συγκεντρώσεις των δύο φαρμάκων η ρυθμικότητα των SPWs μειώθηκε. Τα δύο φάρμακα μείωσαν το πλάτος της ισχύος της ταλάντωσης των ριπιδισμών. Η μείωση αυτή ήταν της τάξεως του 70% στις συγκεντρώσεις άνω των 500 nM. Παρόλα αυτά, η μορφίνη σε χαμηλές συγκεντρώσεις (5 και 10 nM) αύξησε σημαντικά το πλάτος της ισχύος της ταλάντωσης των ριπιδισμών κατά 25-30%. Είναι σημαντικό ότι οι επιδράσεις των δύο οπιοειδών παρατηρήθηκαν και στις συγκεντρώσεις οι οποίες εμπίπτουν στα κλινικά θεραπευτικά πλαίσια. Οι επιδράσεις των δύο οπιοειδών ήταν πλήρως αντιστρεπτές μετά την εφαρμογή των ανταγωνιστών του υποδοχέα των οπιοειδών τύπου «μ» ναλοξόνη (20 μΜ) και CTOP (1-5 μM). Οι επιδράσεις των οπιοειδών μετά από εφαρμογή διαδοχικά αυξανόμενων συγκεντρώσεων παρουσίαζαν φαινόμενο plateau, πράγμα το οποίο οφείλεται στην απευαισθητοποίηση του υποδοχέα. Τα παραπάνω ευρήματα αποδεικνύουν τη σημαντική επίδραση της ενεργοποίησης του υποδοχέα των οπιοειδών τύπου «μ» στη δραστηριότητα Οξύαιχμων κυμάτων-Ριπιδισμών, πιθανότατα μέσω τροποποίησης του βαθμού ενεργοποίησης των ενδονευρώνων που εμπλέκονται στη γένεση αυτής της δικτυακής ταλάντωσης. Υποθέτουμε ότι η μεταβολή που προκαλούν τα οπιοειδή στην ισορροπία μεταξύ διέγερσης και αναστολής παρεμβαίνει στη γένεση της δραστηριότητας Οξύαιχμων κυμάτων-Ριπιδισμών και αυτό μπορεί να εμπλέκεται στις αμνησιακές δράσεις των οπιοειδών φαρμάκων. / Sharp wave-ripple complexes (SPW-Rs) are population activity of the hippocamus implicated in memory consolidation. The high-frequency ripple oscillation (100-200 Hz) results from the complicated interaction between pyramidal cells and some types of GABAergic interneurons, including basket PV cells. The μ opioid receptor is located at the terminals of basket PV cells which increase their firing rate in coincidence with ripple oscillation. In this study, using an in vitro model of SPW-Rs we examined the effects of two selective μ opioid receptor agonists, fentanyl (1, 5, 10, 100, 500 and 1000 nM) and morphine (5, 10, 100, 1000 and 10000 nM. All drugs significantly increased the amplitude and slowed down the rate of occurrence of SPWs in a concentration-dependent manner. Furthermore, the drug-induced rate reduction continued up to one hour of application although the effect on the amplitude reached a plateau earlier (40-50 min). None of the dugs induced a change in the duration of individual events. At relatively high concentrations the rhythmicity of SPWs was suppressed. All drugs produced suppression of the amplitude and power of the ripple oscillation. This suppressive effect was as great as 70% at concentrations greater than 500 nM. However, morphine at low concentrations (5 nM) significantly increased the ripple power by 25-30%. Importantly all the drug-induced effects were observed at drug concentrations falling into the range of clinically used values. The effects of all opioids were fully reversed upon application of the μ receptor antagonist naloxone (20 μΜ) or CTOP (1-5 μM). The drug effects following increased drug concentrations in consecutive applications reached a plateau indicating receptor desensitization. These findings show that opioids acting on the μ receptor induce significant changes in SPW-R activity presumably affecting the level of activity of those interneurons implicated in the generation of the network oscillation. We hypothesize that the opioid-induced change of the balance between excitation and inhibition interfere with the generation of SPW-R activity and this effect might be involved in the amnesic actions of the opioid substances.

- / -

Η παρούσα εργασία ασχολείται με μεθόδους εύρεσης κυματικών λύσεων καθώς και λύσεων οδευόντων κυμάτων επί σειράς πολύ γνωστών μερικών διαφορικών εξισώσεων καθώς και με θεωρήματα μελέτης της ύπαρξης και της μοναδικότητας, ευστάθειας, ασυμπτωτικής συμπεριφοράς και μονοτονίας των ανωτέρω λύσεων. Θα περιοριστούμε σε μερικές ansatze μεθόδους εύρεσης κυματικών λύσεων, καθώς και στην ύπαρξη και μοναδικότητα ειδικών κατηγοριών κυματικών λύσεων. / --

Τα οξύαιχμα κύματα-ριπιδισμοί αποτελούν μία σημαντική και ενδογενή νευρική δραστηριότητα του ιπποκάμπου που εμφανίζεται κυρίως κατά το στάδιο των βραδέων κυμάτων του ύπνου και σε φάσεις ακινησίας κατά την εγρήγορση και πιστεύεται ότι διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην διαδικασία της παγίωσης της μνήμης, που εμπλέκεται στη μεταφορά της πληροφορίας από τον ιππόκαμπο στον νεοφλοιό. Στην παρούσα μελέτη χρησιμοποιώντας καταγραφές των δυναμικών πεδίου από την CA1 περιοχή τομών του κοιλιακού πόλου του ιπποκάμπου, εξετάσαμε την επίδραση της νιφεδιπίνης, ενός ανταγωνιστή των L-τύπου τασεοελεγχόμενων διαύλων ασβεστίου, στην δραστηριότητα των οξύαιχμων κυμάτων-ριπιδισμών. Παρατηρήσαμε ότι η νιφεδιπίνη αύξησε το πλάτος των ριπιδισμών χωρίς να επηρεάζει σημαντικά την διάρκεια και τη συχνότητα της ριπιδικής ταλάντωσης. Επίσης η νιφεδιπίνη αύξησε το πλάτος των οξύαιχμων κυμάτων και προκάλεσε μία μετρημένη αύξηση στην εμφάνιση των επεισοδίων των οξύαιχμων κυμάτων. Αυτά τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η ροή ασβεστίου διαμέσου των L-τύπου διαύλων συμμετέχει στην τροποποίηση των οξύαιχμων κυμάτων-ριπιδισμών. / Sharp wave-ripples (SWRs) are a prominent and endogenous network activity in the hippocampus occurring during slow-wave sleep, and awake immobility, and it is thought to play a critical role in process of memory consolidation implicated in the transfer of information from the hippocampal to neocortex. In the present study using recordings of field potentials from the CA1 field of ventral hippocampal slices we examined the effect of nifedipine, a blocker of voltage-dependent calcium channels of L-type, in the activity of SWRs. We observed that nifedipine increased the amplitude of ripples without significantly affecting the duration and frequency of the ripple oscillation. Also, nifedipine increased the amplitude of sharp waves and produced a moderate increase in the incidence of episodes of SWRs. These results indicate that calcium influx through L-type calcium channels participate in the modulation of SWRs.