Οι in vivo θ και γ ρυθμοί στον ιππόκαμπο συνυπάρχουν και θεωρείται ότι συμμετέχουν στην διαδικασία δημιουργίας και ανάκλησης των μνημονικών αναπαραστάσεων. Σε τομές ιπποκάμπου in vitro, βρήκαμε όμως ότι διαφοροποιείται η ικανότητα επαγωγής αυτών των ρυθμών στο κοιλιακό σε σχέση με το ραχιαίο άκρο του. Συγκεκριμένα, η καρβαχόλη σε συγκεντρώσεις 5-50μΜ προκάλεσε την εμφάνιση κυρίως γ ρυθμού στις κοιλιακές τομές (35/38 τομές), ενώ οι ραχιαίες τομές είτε έμειναν ρυθμικά σιωπηλές (26/48 τομές) είτε εμφάνισαν θ ρυθμική δραστηριότητα (17/48 τομές) ενώ γ δραστηριότητα εμφάνισαν σπάνια (9/48 τομές) και μόνο σε συγκεντρώσεις > 20 μΜ καρβαχόλης. Τα δεδομένα αυτά δείχνουν ότι οι τομές από κοιλιακό ιππόκαμπο συγκριτικά με αυτές από τον ραχιαίο παράγουν γ ρυθμό, πολύ πιο εύκολα, (με μικρότερη συγκέντρωση αγωνιστή) και με μεγαλύτερη συνέπεια. Αντίθετα οι ραχιαίες τομές οργανώνονται σε ρυθμική δραστηριότητα δυσκολότερα από τις κοιλιακές κι όταν το κάνουν, προτιμούν ρυθμική δραστηριότητα μικρότερης συχνότητας θ ή δ. Επίσης, δείχνουν ότι ο θ-ρυθμός δεν είναι γενικά η προτιμώμενη δραστηριότητα του ιπποκάμπου in vitro αλλά ότι η προτίμηση σε μια ρυθμική δραστηριότητα εξαρτάται από το μέρος του επιμήκη άξονα του ιπποκάμπου στο οποίο αναφερόμαστε. Η ισχύς των ρυθμικών ταλαντώσεων που οργανώθηκαν μετά τη χορήγηση καρβαχόλης στις κοιλιακές τομές, συσχετίζονταν με το βαθμό ανάπτυξης της αυθόρμητης δραστηριότητας από οξέα κύματα (SPWs) στις τομές αυτές και ήταν ανάλογη. Επιπλέον, τα δεδομένα μας δείχνουν ότι οι κοιλιακές τομές είναι ρυθμογενητικά ικανότερες συγκριτικά με τις ραχιαίες αφού η πλειοψηφία τους εμφάνισε τουλάχιστον μία ρυθμική δραστηριότητα (γ, 34/38 τομές) ενώ 17/34 τομές οργάνωσαν ταυτόχρονα διαφορετικές ρυθμικές ταλαντώσεις σε συχνότητες δ, θ ή/και β. Οι ταλαντώσεις αυτές ήταν παροδικές, ακολουθούσαν ένα ορισμένο χρονικό πρότυπο εμφάνισης και η εμφάνισή τους ήταν συσχετισμένη: η μία αποτελούσε μεταβατικό στάδιο στην εμφάνιση της επόμενης. Επειδή όλες οι ρυθμικές δραστηριότητες που οργανώθηκαν στις κοιλιακές τομές εκτός της γ, δεν συνυπήρχαν μεταξύ τους και η εμφάνισή τους ήταν εξαρτημένη, ενώ αντίθετα η γ δραστηριότητα μπορούσε να συνυπάρχει ταυτόχρονα με κάποια από αυτές, θεωρούμε ότι στις κοιλιακές τομές υπάρχουν τουλάχιστον δύο ανεξάρτητοι ταλαντωτές: ένας που παράγει ρυθμική δραστηριότητα γ και ακόμα ένας τουλάχιστον που παράγει τις άλλες δραστηριότητες. / Theta and gamma rhythms coexist and are believed they participate in the formation and recall of mnemonic representations. In hippocampal slices in vitro we found different ability of carbachol to induce rhythmic activity in slices from the ventral compared to the dorsal part. Carbachol in concentrations from 5 to 50μM induced mainly gamma oscillations in ventral slices (35/38) and no oscillations (26/48) or theta oscillations in dorsal slices (17/48). Gamma oscillations in dorsal slices where induced only in concentrations grater than 20μM Carbachol and in only 9/48 slices. These data show that ventral slices organize robust gamma oscillations much easier (at a smaller agonist concentration) and with a greater incidence. In contrast dorsal slices organize more rarely oscillatory activity and when they manage to they prefer activity of a lower frequency (at theta or delta band). Our data show that theta activity is not the preferred activity of hippocampus but its preference in a certain rhythmic activity depends on the part of its longitudinal axis that we refer to. The power of oscillations in ventral hippocampus was reciprocally correlated to the degree of spontaneously organized sharp wave activity under control conditions. Ventral slices are capable of organizing a variety of oscillatory activities: they mainly organize gamma oscillations (34/38 slices), but 17/34 slices produced oscillations in delta, theta and/or beta bands. These later oscillations were transient and correlated and followed a specific temporal pattern of appearance. Because all rhythmic activities encountered in ventral slices except for gamma oscillations, were dependent but not coinciding and gamma oscillations were independent from the later but could also coincide with them, we propose that in ventral slices there exist at least two independent oscillators: one capable of producing gamma activity and at least one more capable of producing the remaining ones.

Η ηπατική εγκεφαλοπάθεια είναι ένα νευροψυχιατρικό κλινικό σύνδρομο που αναπτύσσεται σε ασθενείς με σοβαρή ηπατική ανεπάρκεια. Οι κλινικές εκδηλώσεις που χαρακτηρίζουν το σύνδρομο ποικίλουν από ελαφρές διαταραχές της ψυχικής κατάστασης μέχρι κώμα, ενώ σε ιστολογικό επίπεδο οι αλλοιώσεις του ΚΝΣ είναι μη ειδικές. Πολλοί μηχανισμοί ενέχονται στην παθογένεια της νόσου, όπως εναπόθεση στο εξωκυττάριο υγρό τοξικών προιόντων που δεν μεταβολίζονται στο ήπαρ, αλλαγές στον αιματοεγκεφαλικό φραγμό, ανώμαλη ισορροπία νευρομεταβιβαστών, διαταραχές μεταβολισμού και ηλεκτρικής ισορροπίας στα νευρωνικά κύτταρα του εγκεφάλου. Σύμφωνα με την τελευταία ταξινόμηση της ηπατικής εγκεφαλοπάθειας (ΗΕ) (Παγκόσμιο Συνέδριο Γαστρεντερολογίας, Βιέννη 1998) προσδιορίσθηκε η κλινική οντότητα της ελάχιστης ή υποκλινικής ηπατικής εγκεφαλοπάθειας σαν υποκατηγορία της ΗΕ σχετιζόμενης με κίρρωση και πυλαία υπέρταση. Η Υποκλινική Ηπατική Εγκεφαλοπάθεια (ΥΗΕ) είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει λεπτές διαταραχές της εγκεφαλικής λειτουργίας και μεταβολές φυσιολογικών παραμέτρων στους κιρρωτικούς ασθενείς που δεν έχουν κλινικές ενδείξεις ηπατικής εγκεφαλοπάθειας. Σε κλινικό επίπεδο παρατηρούνται μια σειρά από διαταραχές σε βιολογικές παραμέτρους όπως ο ύπνος, και περιορισμός σε πολλές φυσικές δραστηριότητες και συμπεριφορές της καθημερινής ζωής. Ενώ η διάγνωση της ΗΕ λόγω της κλινικής της αναγνώρισης δεν παρουσιάζει προβλήματα, η διάγνωση της ΥΗΕ είναι προβληματική, καθώς στις διάφορες σειρές μελετών που μέχρι σήμερα έχουν γίνει το “gold standard” διάγνωσης της νόσου δεν έχει καθορισθεί. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται ψυχομετρικές δοκιμασίες, ερωτηματολόγια καταγραφής συμπεριφοράς και χρονότυπου, μελέτη ιστορικού ύπνου, ηλεκτροφυσιολογικές μέθοδοι(ΗΕΓ) και νεώτερες νευροαπεικονιστικές τεχνικές (MRI εγκεφάλου). Ανώμαλοι κιρκαδιανοί ρυθμοί σε πολλές βιολογικές παραμέτρους έχουν περιγραφεί σε ασθενείς με κίρρωση ήπατος. Η παρουσία του βιολογικού ρολογιού, του υπερχιασματικού πυρήνα του υποθαλάμου (SCN) με τις προσαγωγές και απαγωγές συνδέσεις του επιτρέπει τον συγχρονισμό των ρυθμών των βιολογικών παραμέτρων με τα εξωτερικά ερεθίσματα που αναπτύσσονται στον 24ωρο κύκλο ημέρας/νύχτας. Οι σύγχρονες απόψεις περιλαμβάνουν δύο βασικές ερμηνείες για τις διαταραχές της κιρκαδιανής λειτουργίας που παρατηρούνται στην χρόνια ηπατική νόσο. Πρώτον, οι ανωμαλίες στους κιρκαδιανούς ρυθμούς ξεκινούν από τις επιδράσεις στον SCN των νευροτοξινών που δεν μεταβολίζονται επί ηπατικής ανεπάρκειας και τις προσαγωγές/απαγωγές συνδέσεις του. Δεύτερον, ο ανώμαλος ηπατικός μεταβολισμός της μελατονίνης και η διαφορετικού βαθμού επίδρασή της στον SCN οδηγεί σε μετάθεση φάσεων, αποσυγχρονισμό ρυθμών και τελικά μεταβολή στην απόδοση του βιολογικού ρολογιού. Φαίνεται ότι και οι δύο ερμηνείες, οι οποίες συνδυάζουν τις επιδράσεις της ηπατοκυτταρικής δυσλειτουργίας και της πυλαιοσυστηματικής αναστόμωσης, είναι υπεύθυνες για τις κιρκαδιανές δυσλειτουργίες στην ηπατική νόσο. Σκοπός της μελέτης είναι, αφού μελετήσει κιρρωτικούς ασθενείς ώστε να τους χαρακτηρίσει ότι πάσχουν από ελάχιστη ηπατική εγκεφαλοπάθεια, να καταγράψει όποιες διαταραχές βιολογικών παραμέτρων όπως ο ύπνος και μεταβολές της καθημερινής συμπεριφοράς, καθώς και το ενδοκρινολογικό τους profile με μελέτη υποφυσιακών ορμονών και της μελατονίνης. Οι ανωτέρω μέθοδοι εν συνεχεία συσχετίσθηκαν με νευροφυσιολογικές μεθόδους(ΗΕΓ) και νευροαπεικονιστικές τεχνικές (MRI εγκεφάλου) στην προσπάθεια προσέγγισης πληρέστερα της διάγνωσης της ΥΗΕ, και αναζήτησης δεικτών πρωιμότερης διάγνωσης της νόσου. Μελετήθηκε ομάδα κιρρωτικών ασθενών χωρίς κλινικά ευρήματα εγκεφαλοπάθειας, με παράλληλη χρησιμοποίηση ομάδας ελέγχου παθολογικών μη ηπατοπαθών ασθενών ίδιας ηλικίας και κοινωνικού profile. Όλοι οι ασθενείς υπεβλήθησαν σε πλήρη κλινική νευρολογική εξέταση, εργαστηριακό βιοχημικό έλεγχο, ψυχομετρικές δοκιμασίες(NCT-A,DST), μελέτη ιστορικού ύπνου και ερωτηματολόγια ανάλυσης χαρακτηριστικών χρονότυπου (BNSQ, Horne) και καθημερινής συμπεριφοράς (SIP), μετρήσεις και ανάλυση κιρκαδιανού ρυθμού υποφυσιακών ορμονών και μελατονίνης, καθώς και ΗΕΓ και MRI εγκεφάλου. Τα αποτελέσματα των ψυχομετρικών δοκιμασιών ήταν παθολογικά σε όλους τους κιρρωτικούς και αφορούσαν διαταραχές λεπτών νοητικών λειτουργιών, κινητική αντίδραση και εγρήγορση. Ιδιαίτερο εύρημα ανεδείχθη από την μελέτη οι διαταραχές του ύπνου στους χωρίς εγκεφαλοπάθεια κιρρωτικούς που περιελάμβαναν μειωμένη διάρκεια νυχτερινού ύπνου, παρατεταμένο χρόνο κατάκλισης πριν την έλευσή του και αυξημένο αριθμό νυχτερινών αφυπνίσεων.Παράλληλα όμως ανεδείχθη από τα ερωτηματολόγια και την μελέτη SIP, ένας χρονότυπος καλύτερης συμπεριφοράς που περιγράφεται ως «Περισσότερο Πρωινός Τύπος» για τους κιρρωτικούς, που συμπίπτει με αυτόν της ομάδας ελέγχου παθολογικών μη ηπατοπαθών ασθενών, αλλά και γενικότερα είναι αποδεκτός από τα καθιερωμένα κοινωνικά status. Το ιστορικό του ύπνου κρίνεται ως απαραίτητο εργαλείο συμπλήρωσης κατά την λήψη του ιατρικού ιστορικού, ενώ τα φαινόμενα ημερήσιας υπνηλίας είναι εύρημα σε πιο προχωρημένα στάδια της νόσου. Η MRI εγκεφάλου ανέδειξε παθολογικά ευρήματα σε 69% των κιρρωτικών ασθενών. Αυτά συνίσταντο σε αυξημένης έντασης μαγνητικό σήμα στις Τ-1 ακολουθίες στα βασικά γάγγλια του εγκεφάλου, ενώ οι μη ηπατοπαθείς ασθενείς είχαν φυσιολογική MRI εγκεφάλου. Η στατιστική ανάλυση των αποτελεσμάτων της μελέτης έδειξε ότι η αυξημένη ένταση του παθολογικού μαγνητικού σήματος εμφάνισε σημαντική συσχέτιση με την επιδείνωση της υπερχολερυθσιναιμίας, την υποαλβουμιναιμία, και την υπερσφαιριναιμία, ενώ συνολικά και με το άθροισμα κατά Child-Pugh. H ανάλυση του ΗΕΓ ανέδειξε παθολογικά ευρήματα-μη ειδικές αλλοιώσεις (θ και δ κύματα σε διάφορους συνδυασμούς) στο 50% των κιρρωτικών χωρίς εγκεφαλοπάθεια και φυσιολογικά ευρήματα στους μη ηπατοπαθείς. Ανευρέθη επίσης στατιστική συσχέτιση μεταξύ της αύξησης του παθολογικού σήματος της MRI εγκεφάλου και της βαρύτητας των ΗΕΓ ανωμαλιών. Μελετήθηκαν επίσης υποφυσιακές ορμόνες, η κορτιζόλη και η μελατονίνη, αναλύοντας τόσο τις απόλυτες τιμές τους όσο και την συμπεριφορά και περιοδικότητά τους μέσα στο 24ωρο. Κύρια ευρήματα ήταν για τις προλακτίνη, θυρεοειδοτρόπο και μελατονίνη, κατά την στατιστική ανάλυση διασποράς και λαμβάνοντας υπόψη την σημαντικότητα του παράγοντα αλληλεπίδρασης, η διαφορετική συμπεριφορά των ορμονών μέσα στο 24ωρο τόσο σε σχέση με την ομάδα ελέγχου των μη ηπατοπαθών ασθενών, όσο και σε σχέση με τα βιβλιογραφικά δεδομένα υγιών μαρτύρων. Η κορτιζόλη δεν ανέδειξε διαφορετική συμπεριφορά 24ώρου σε σχέση με τους μη ηπατοπαθείς παθολογικούς, παρατηρήθηκε όμως μια συνολικά επιμένουσα υποκορτιζολαιμία με έλλειψη των γνωστών εκκριτικών αιχμών της ορμόνης στο 24ωρο.Από την μελέτη επίσης φάνηκε μια μετάθεση της καμπύλης της μελατονίνης προς τις πρωινές ώρες , με αυξημένα επίπεδα το πρωί, και μια αναστροφή της περιοδικότητας στην έκκριση της TSH. Συνολικά παρατηρήθηκε μια διαταραχή στον κιρκαδιανό ρυθμό έκκρισης όλων των ορμονών και απουσία των φυσιολογικών διακυμάνσεών τους στο 24ωρο. Τα αποτελέσματα των ορμονών συγκρινόμενα με τις υπόλοιπες μεθόδους διάγνωσης της ελάχιστης εγκεφαλοπάθειας έδειξαν ότι δεν υπάρχει στατιστικά σημαντική συσχέτιση με την ποσοτική μέθοδο προσδιορισμού του ανθρώπινου χρονότυπου Horne score, και ότι οι μεταβολές της μελατονίνης, προλακτίνης και θυρεοειδοτρόπου δεν σχετίζονται στατιστικά με την ένταση του παθολογικού σήματος στην MRI εγκεφάλου και την βαρύτητα των ΗΕΓ αλλοιώσεων. Για την κορτιζόλη όμως οι μεταβολές των τιμών της σχετίζονται στατιστικά σημαντικά με την αύξηση της έντασης του παθολογικού μαγνητικού σήματος, με την επιδείνωση του βαθμού της ηπατικής επάρκειας(Child-Pugh score), και την επιδείνωση των αλλοιώσεων στο ΗΕΓ. Τέλος, η στατιστική ανάλυση ανέδειξε ότι οι βαρύτερα πάσχοντες κιρρωτικοί (Child score >5) παρουσιάζουν επίταση των ορμονικών διαταραχών, αφού σε αυτούς ανευρίσκονται ακόμα χαμηλότερα επίπεδα κορτιζόλης το πρωί και μελατονίνης το βράδυ. Η μελέτη κιρρωτικών ασθενών, ακόμα και αυτών χωρίς παθολογικά νευρολογικά ευρήματα παρουσιάζει μια σειρά από διαταραχές λεπτών λειτουργιών του ΚΝΣ, αλλά και ανωμαλίες σε πολλές φυσιολογικές και ενδοκρινολογικές παραμέτρους. Στην παρούσα μελέτη οι κιρρωτικοί ασθενείς με ελάχιστη εγκεφαλοπάθεια παρουσίασαν ένα γενικά κοινωνικά αποδεκτό χρονότυπο συμπεριφοράς, «Περισσότερο Πρωινό Τύπο», με σαφείς όμως διαταραχές στον νυχτερινό ύπνο, και περιορισμό σε πολλές λειτουργικές ικανότητες και δραστηριότητες του 24ώρου. Τα αυξημένα πρωινά επίπεδα της μελατονίνης ενοχοποιούνται πρωτίστως για την μετάθεση φάσεων 24ώρου και τις διαταραχές του ύπνου. Στα παραπάνω ευρήματα προστίθενται τα παθολογικά ψυχομετρικά tests ως ειδικοί δείκτες διάγνωσης της ΥΗΕ. Το ΗΕΓ κατέγραψε μη ειδικές διαταραχές στο 50% των κιρρωτικών χωρίς εγκεφαλοπάθεια, όμως η MRI εγκεφάλου φαίνεται ότι έχει μεγαλύτερη ευαισθησία και αξία ως πρώιμος δείκτης νευρολογικών αλλαγών, καθώς το παθολογικής έντασης μαγνητικό σήμα σχετίζεται στατιστικά σημαντικά με παραμέτρους επιδείνωσης της ηπατικής βιοχημείας, με την ταξινόμηση της βαρύτητας της ηπατικής νόσου (Child score),αλλά και τον προοδευτικά αυξανόμενο βαθμό αλλοιώσεων στο ΗΕΓ. Σε επίπεδο ανάλυσης των προαναφερθέντων διαταραχών των κιρκαδιανών ρυθμών των υποφυσιακών ορμονών στην κίρρωση και επί απουσίας έκδηλης εγκεφαλοπάθειας και δοθείσας της θέσης του βιολογικού ρολογιού στον υποθάλαμο, φαίνεται ότι η επίδραση των παθολογικών επιπέδων της μελατονίνης στον SCN καθορίζει σε όποιο βαθμό την απόδοση του κιρκαδιανού βηματοδότη. Δημιουργούνται έτσι μεταθέσεις φάσεων και αποσυγχρονισμός σε πολλές βιολογικές παραμέτρους. Στην διαταραχή της λειτουργίας του βιολογικού ρολογιού συμμετέχουν σαφώς και διαταραχές στα προσαγωγά/απαγωγά μονοπάτια του SCN, οι επιδράσεις των τοξινών που δεν μεταβολίζονται στην ηπατική ανεπάρκεια, ανώμαλη νευρομεταβιβαστική λειτουργία, αυξημένα GABA-εργική δραστηριότητα, και διαταραχές των εγκεφαλικών αστροκυττάρων. Στην παρούσα μελέτη διαφαίνεται ότι οι επιδράσεις των νευροτοξινών προηγούνται, καθώς οι διαταραχές ρυθμού και έκκρισης μελατονίνης παρατηρούνται κυρίως σε πιο προχωρημένα στάδια της ηπατικής νόσου (Child score>5).Παράλληλα η όποιου βαθμού απορρύθμιση των εκλυτικών παραγόντων του υποθαλάμου για τις υποφυσιακές ορμόνες διαταράσσει την περιοδικότητά τους και τα επίπεδά τους με ότι αυτό μεταφράζεται σε κλινικό επίπεδο. Το σημαντικό επίσης στην παρούσα μελέτη είναι και η διαφορετικότητα στην συμπεριφορά των ορμονών μέσα στο 24ωρο των κιρρωτικών χωρίς εγκεφαλοπάθεια, τόσο από μη ηπατοπαθείς παθολογικούς όσο και από τα φυσιολογικά βιβλιογραφικά δεδομένα υγιών μαρτύρων. Αποτελεί τέλος ιδιαίτερο προβληματισμό για τον κλινικό ιατρό η αναζήτηση της ΥΗΕ και κατ επέκταση των αρχόμενων νευρολογικών αλλαγών , τόσο με ανάλυση του ιστορικού και μελέτη ύπνου και νεώτερες νευροαπεικονιστικές τεχνικές(MRI εγκεφάλου), αλλά και αναζήτηση του πρώιμα διαταραγμένου ενδοκρινολογικού profile των ασθενών αυτών. / Hepatic encephalopathy, a major complication of liver cirrhosis, is a clinical syndrome characterized by abnormal mental status occuring in patients with severe hepatic insufficiency. The clinical manifestations range from a slightly altered mental status to coma. In the absence of clinical symptoms, but with a number of disturbances in biological parameters, such as sleep and function abnormalities in every day life, the term minimal hepatic encephalopathy is established. A high proportion of cirrhotic patients ranging from 30% to 70% show neuropsychological or neurophysiological abnormalities, although conventional neurological and mental assessment is normal. In this absence of biological correlates, diagnosis of minimal or Subclinical Hepatic Encephalopathy (SHE) relies on psychometric, neurophysiological and recently neuroimaging tests, although the “gold standard” of this clinical diagnosis has not yet been established. Abnormal rhythms of several biological parameters have been described in patients with cirrhosis. The existence of the “biological” clock, the Suprachiasmatic Nucleus (SCN) of hypothalamus, with its afferent/efferent connections allows the organism to foresee and anticipate the modifications in the external enviroment that occur during the day/night cycle. Current views propose two explanations for the alterations in circadian function seen in chronic liver disease. First, abnormalities of circadian rhythms arise from the effects on the SCN and/or its afferent/efferent connections of neurotoxins implicated in the pathogenesis of hepatic encephalopathy. Second, the impaired hepatic metabolism of melatonin results in elevated morning plasma levels that cause a phase shift of the output from the circadian clock. It is possible that both explanations, that combine the effects of hepatocellular dysfunction and portal-systemic shunting, are responsible for the circadian abnormality in liver disease. The aim of this study was to evaluate cirrhotic patients without evidence of encephalopathy, and as they have been characterized with the term minimal encephalopathy, to describe their clinical status, analyze their chronotypology, and redifine neuropsychiatric abnormalities and abnormal daily activities using psychometric tests, neurophysiologic exams (HCG) and neuroimaging images (brain MRI). Aim also of the study was to analyse the endocrinologic profile of cirrhotics without encephalopathy, trying to correlate any abnormal circadian rhythm of hormones with biological parameters, clinical performances and laboratory tests. Twenty six cirrhotic patients without signs of encephalopathy and a controll group of thirteen patients without hepatopathy, and normal neurological exam, took part in the study. Psychometric status was evaluated using NCT-A and Digit Symbol test, also the Sickness Impact Profile (SIP) analysis was used. The findings of NCT-A and DST studies were a worse performance of cirrhotic subjects in psychomotor speed and attention. A diminished level of daily functioning in patients with minimal HE, reflected by significantly impairments of all SIP categories, was recognised, while non hepatopathy patients did not exhibit such abnormalities. Further analysis of everyday activities using BNSQ and Horne Score tests took place, while an interview of sleep history was performed. Results of these tests showed a chronotypology of Moderate Morningness Type, although non encephalopathic cirrhotics were found to have some particular sleep abnormalities. These were found to be a decreased sleeping time (<6h/night), sleep latency>30 min, and often awakenings during night sleep (>3 episodes/night). Although chronotypology of non hepatopathy patients was the same, Moderate Morningness Type, sleep abnormalities were not described in non cirrhotic group. Sleep history is recognised as a necessary tool for the assessment of early neurological abnormalities, and Evening chronotypology of cirrhotic patients is probably related with more severe liver disease. An awake 16-channel digital EEG was performed on all patients. The abnormal EEG findings were analysed as specific( epileptic form or paroxysmal) and non specific disturbances( theta and delta waves in various combinations). Furthermore, the non specific disturbances were classified as mild, moderate and severe. The EEG analysis demonstrated non specific disturbances in 50% of cirrhotics, while the rest of them had normal EEG recording. In the neuroimaging field, all patients underwent a brain MRI exam. 69% of cirrhotic patients exhibited abnormal signal intensity on T-1 weighted images. The affected sites were globus pallidus, putamen or both. The abnormality consisted of high billateral and symmetrical signal intensities of various extents. These abnormalities, compared to the signal of the adjacent white matter of the brain, were classified into three grades: Grade 0: no alterations, Grade 1: mild, Grade 2: severe. No abnormalities were demonstrated on T2-weighted images. According to a qualitative classification 12 patients were classified as Grade 1, 6 as Grade 2, whereas 8 patients had no alterations in the basal ganglia. None patient of the controll group exhibit any MRI abnormalities. There was a significant correlation between quantitative assessment of signal intensity in brain MRI and severity of EEG abnormalities. Using variant analysis to investigate further this relationship, a significant linear association was found between EEG grading and signal MRI intensity. MRI abnormalities were found in 40% of cirrhotics with normal EEG, suggesting MRI as a more sensitive method of evaluating patients with subclinical hepatic encephalopathy. Brain MRI abnormalities were also correlated with liver biochemistry and Child-Pugh category. In our study, Child score and albumin level were identified as significant predictors of the MRI signal intensity.The level of brain MRI abnormalities was also parallel with deterioration of serum bilirubin and globulins, as significant statistical correlations between these parameters were found. The levels and the circadian rhythmicity of cortizol, the pituitary hormones TSH and prolactin, and melatonin which is excreted by the pineal gland are also analysed in non encephalopathic cirrhotics. The results and the statistical analysis showed a disruption of the 24h cycle for melatonin, prolactin and TSH, regarding to normal levels and circadian rhythm. A different behaviour of each hormone in the 24h cycle regarding to non cirrhotic patients was also recognised. For cortisol the circadian rhythmicity was not affected, while the 24h plasma levels of the hormone were suppressed. Statistical analysis showed no significant correlation between the results of hormones tests and chronotypology. No statistical correlation was detected between levels of melatonin, prolactin and TSH, and the severity of brain MRI abnormalities and abnormal EEG findings. On the contrary, statistical analysis showed a relation between the levels of cortisol and brain MRI abnormalities, between 24h cortisol levels and EEG disturbances, also a correlation between cortisol levels and deterioration of hepatic sufficiency was recognised (Child score>5). Similar, disturbances of melatonin levels were correlated with the degree of liver insufficiency. As a conclusion of this study, cirrhotic patients with minimal encephalopathy have sleep disturbances and a chronotypology described as Moderate Morningness type. Cirrhotics with minimal encephalopathy failed to demonstrate good results in neuropsychiatric tests, also seem to have limitations in many activities of every day life, according to SIP questionnaire results. In the absence of neurological signs, these cirrhotics have abnormal EEG findings (50%), and abnormalities in brain MRI (69%). Brain MRI seems to have an important role in the diagnosis of minimal encephalopathy, as such abnormalities are in statistical correlation with biochemical parameters of liver insufficiency, also with overall Child-Pugh score. Cirrhotic patients with minimal encephalopathy have disturbances in many biological parameters, as a result of abnormal circadian rhythms, which are controlled by the biological clock, the SCN of hypothalamus. Abnormal circadian rhythms of pituitary hormones, also disturbances in the 24h cycle of melatonin are recognised in this study. The role of melatonin in the controll of the circadian rhythmicity is major, however as described in this study, abnormalities of melatonin secretion may result in more advanced liver disease. The abnormal endocrinologic pattern of cirrhotics with minimal encephalopathy seems to be different not only regarding to healthy individuals, also to other non hepatopathy patients , as described in this study. Except the role of melatonin in this abnormality, other factors play a key role, such false neurotransmitters, effects on afferent/efferent connections of the SCN, disturbances in the astrocyte function, increased GABA-ergic activity. A critical question for clinicians is whether this endocrinologic abnormality should be considered an early indicator of Hepatic Encephalopathy, and if that happens, how early it appears. We believe that further investigation is needed with re-assessment of the cirrhotic patients in the future. Hepatic encephalopathy, a major complication of liver cirrhosis, is a clinical syndrome characterized by abnormal mental status occuring in patients with severe hepatic insufficiency. The clinical manifestations range from a slightly altered mental status to coma. In the absence of clinical symptoms, but with a number of disturbances in biological parameters, such as sleep and function abnormalities in every day life, the term minimal hepatic encephalopathy is established. A high proportion of cirrhotic patients ranging from 30% to 70% show neuropsychological or neurophysiological abnormalities, although conventional neurological and mental assessment is normal. In this absence of biological correlates, diagnosis of minimal or Subclinical Hepatic Encephalopathy (SHE) relies on psychometric, neurophysiological and recently neuroimaging tests, although the “gold standard” of this clinical diagnosis has not yet been established. Abnormal rhythms of several biological parameters have been described in patients with cirrhosis. The existence of the “biological” clock, the Suprachiasmatic Nucleus (SCN) of hypothalamus, with its afferent/efferent connections allows the organism to foresee and anticipate the modifications in the external enviroment that occur during the day/night cycle. Current views propose two explanations for the alterations in circadian function seen in chronic liver disease. First, abnormalities of circadian rhythms arise from the effects on the SCN and/or its afferent/efferent connections of neurotoxins implicated in the pathogenesis of hepatic encephalopathy. Second, the impaired hepatic metabolism of melatonin results in elevated morning plasma levels that cause a phase shift of the output from the circadian clock. It is possible that both explanations, that combine the effects of hepatocellular dysfunction and portal-systemic shunting, are responsible for the circadian abnormality in liver disease. The aim of this study was to evaluate cirrhotic patients without evidence of encephalopathy, and as they have been characterized with the term minimal encephalopathy, to describe their clinical status, analyze their chronotypology, and redifine neuropsychiatric abnormalities and abnormal daily activities using psychometric tests, neurophysiologic exams (HCG) and neuroimaging images (brain MRI). Aim also of the study was to analyse the endocrinologic profile of cirrhotics without encephalopathy, trying to correlate any abnormal circadian rhythm of hormones with biological parameters, clinical performances and laboratory tests. Twenty six cirrhotic patients without signs of encephalopathy and a controll group of thirteen patients without hepatopathy, and normal neurological exam, took part in the study. Psychometric status was evaluated using NCT-A and Digit Symbol test, also the Sickness Impact Profile (SIP) analysis was used. The findings of NCT-A and DST studies were a worse performance of cirrhotic subjects in psychomotor speed and attention. A diminished level of daily functioning in patients with minimal HE, reflected by significantly impairments of all SIP categories, was recognised, while non hepatopathy patients did not exhibit such abnormalities. Further analysis of everyday activities using BNSQ and Horne Score tests took place, while an interview of sleep history was performed. Results of these tests showed a chronotypology of Moderate Morningness Type, although non encephalopathic cirrhotics were found to have some particular sleep abnormalities. These were found to be a decreased sleeping time (<6h/night), sleep latency>30 min, and often awakenings during night sleep (>3 episodes/night). Although chronotypology of non hepatopathy patients was the same, Moderate Morningness Type, sleep abnormalities were not described in non cirrhotic group. Sleep history is recognised as a necessary tool for the assessment of early neurological abnormalities, and Evening chronotypology of cirrhotic patients is probably related with more severe liver disease. An awake 16-channel digital EEG was performed on all patients. The abnormal EEG findings were analysed as specific( epileptic form or paroxysmal) and non specific disturbances( theta and delta waves in various combinations). Furthermore, the non specific disturbances were classified as mild, moderate and severe. The EEG analysis demonstrated non specific disturbances in 50% of cirrhotics, while the rest of them had normal EEG recording. In the neuroimaging field, all patients underwent a brain MRI exam. 69% of cirrhotic patients exhibited abnormal signal intensity on T-1 weighted images. The affected sites were globus pallidus, putamen or both. The abnormality consisted of high billateral and symmetrical signal intensities of various extents. These abnormalities, compared to the signal of the adjacent white matter of the brain, were classified into three grades: Grade 0: no alterations, Grade 1: mild, Grade 2: severe. No abnormalities were demonstrated on T2-weighted images. According to a qualitative classification 12 patients were classified as Grade 1, 6 as Grade 2, whereas 8 patients had no alterations in the basal ganglia. None patient of the controll group exhibit any MRI abnormalities. There was a significant correlation between quantitative assessment of signal intensity in brain MRI and severity of EEG abnormalities. Using variant analysis to investigate further this relationship, a significant linear association was found between EEG grading and signal MRI intensity. MRI abnormalities were found in 40% of cirrhotics with normal EEG, suggesting MRI as a more sensitive method of evaluating patients with subclinical hepatic encephalopathy. Brain MRI abnormalities were also correlated with liver biochemistry and Child-Pugh category. In our study, Child score and albumin level were identified as significant predictors of the MRI signal intensity.The level of brain MRI abnormalities was also parallel with deterioration of serum bilirubin and globulins, as significant statistical correlations between these parameters were found. The levels and the circadian rhythmicity of cortizol, the pituitary hormones TSH and prolactin, and melatonin which is excreted by the pineal gland are also analysed in non encephalopathic cirrhotics. The results and the statistical analysis showed a disruption of the 24h cycle for melatonin, prolactin and TSH, regarding to normal levels and circadian rhythm. A different behaviour of each hormone in the 24h cycle regarding to non cirrhotic patients was also recognised. For cortisol the circadian rhythmicity was not affected, while the 24h plasma levels of the hormone were suppressed. Statistical analysis showed no significant correlation between the results of hormones tests and chronotypology. No statistical correlation was detected between levels of melatonin, prolactin and TSH, and the severity of brain MRI abnormalities and abnormal EEG findings. On the contrary, statistical analysis showed a relation between the levels of cortisol and brain MRI abnormalities, between 24h cortisol levels and EEG disturbances, also a correlation between cortisol levels and deterioration of hepatic sufficiency was recognised (Child score>5). Similar, disturbances of melatonin levels were correlated with the degree of liver insufficiency. As a conclusion of this study, cirrhotic patients with minimal encephalopathy have sleep disturbances and a chronotypology described as Moderate Morningness type. Cirrhotics with minimal encephalopathy failed to demonstrate good results in neuropsychiatric tests, also seem to have limitations in many activities of every day life, according to SIP questionnaire results. In the absence of neurological signs, these cirrhotics have abnormal EEG findings (50%), and abnormalities in brain MRI (69%). Brain MRI seems to have an important role in the diagnosis of minimal encephalopathy, as such abnormalities are in statistical correlation with biochemical parameters of liver insufficiency, also with overall Child-Pugh score. Cirrhotic patients with minimal encephalopathy have disturbances in many biological parameters, as a result of abnormal circadian rhythms, which are controlled by the biological clock, the SCN of hypothalamus. Abnormal circadian rhythms of pituitary hormones, also disturbances in the 24h cycle of melatonin are recognised in this study. The role of melatonin in the controll of the circadian rhythmicity is major, however as described in this study, abnormalities of melatonin secretion may result in more advanced liver disease. The abnormal endocrinologic pattern of cirrhotics with minimal encephalopathy seems to be different not only regarding to healthy individuals, also to other non hepatopathy patients , as described in this study. Except the role of melatonin in this abnormality, other factors play a key role, such false neurotransmitters, effects on afferent/efferent connections of the SCN, disturbances in the astrocyte function, increased GABA-ergic activity. A critical question for clinicians is whether this endocrinologic abnormality should be considered an early indicator of Hepatic Encephalopathy, and if that happens, how early it appears. We believe that further investigation is needed with re-assessment of the cirrhotic patients in the future.

Ο ύπνος αποτελεί ένα από τα πιο μυστήρια φαινόμενα της ανθρώπινης ζωής. Η επεξεργασία και ανάλυση του εγκεφαλογραφήματος με τη χρήση υπολογιστικών μεθόδων και αλγορίθμων μπορεί να δώσει μεγάλη ώθηση στην διερεύνηση της εγκεφαλικής δραστηριότητας. Στην παρούσα εργασία υλοποιήθηκε ένα γραφικό εργαλείο για την ανίχνευση ρυθμών και κυμάτων που εμφανίζονται στο εγκεφαλογράφημα ύπνου. Το εργαλείο συνδέεται με το πρόγραμμα καταγραφής Neuroscan του εργαστηρίου Νευροφυσιολογίας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Το περιβάλλον περιλαμβάνει αλγορίθμους για την αυτόματη ανάλυση του σήματος και την ανίχνευση επιλεγμένων κυμάτων και ρυθμών. Σκοπός του εργαλείου είναι η αποστολή ακουστικού ερεθισμού στην περίπτωση ανίχνευσης του επιλεγμένου κύματος ή ρυθμού. Το εργαλείο περιλαμβάνει γραφικό περιβάλλον για την εύκολη χρήση και παραμετροποίηση των διαθέσιμων επιλογών. Το πρόγραμμα αναπτύχθηκε εξ ολοκλήρου πρωτότυπα με γνώμονα την ταχύτητα ανίχνευσης και επεξεργασίας του ΗΕΓ. Τελικός στόχος του προγράμματος είναι η χρήση του σε πειράματα διερεύνησης της απαντητικότητας του εγκεφάλου σε ερεθισμούς που συμβαίνουν σε συγκεκριμένες χρονικές στιγμές μετά από την στιγμή ανίχνευσης επιλεγμένου κύματος ή ρυθμού. Με αυτό τον τρόπο μπορεί να εξερευνηθεί ο ρόλος διαφόρων καταστάσεων του εγκεφάλου (π.χ. αφυπνιστικός ή υπναγωγικός κατά τον ύπνο) χαρακτηριζόμενων από τα επιλεγόμενα ΗΕΓ κύματα και ρυθμούς. / One of the greatest human mysteries is the phenomenon of sleep. The use of computing methods and algorithms in the analysis and processing of electroencephalogram can boost the research of brain activity. The present work presents the graphical program that was developed and used at the Neurophysiology Unit of the University of Patras’ Medical School for the support of EEG studies. The program detects specific rythms and waves during the sleep EEG (online). The tool connects with the Neuroscan Systems that the lab uses for the sleep experiments. The program supports several algorithms for the automatic signal analysis and the specific rythms’ and waves’ detection. The target of the tool is to send sound stimulus in the case of rhythm or wave detection. The user-friendly graphical interface of the tool includes all the parameters for the experiments. The program was developed originally from scratch, aiming to make signal processing as fast as possible. The final goal of the program is to explore the nature of specific brain states i.e. in sleep, by probing brain reactivity at precise times after EEG signs characterizing this brain state.

Σε ένα δίκτυο πολυπλεξίας διαίρεσης μήκους κύματος (Wavelength Division Multiplexing - WDM), κάθε οπτική ίνα μεταφέρει κίνηση υψηλού ρυθμού σε διαφορετικά μήκη κύματος δημιουργώντας έναν αριθμό από µη επικαλυπτόμενα κανάλια μέσα σε μία μόνο ίνα. Η πιο κοινή αρχιτεκτονική που χρησιμοποιείται για την επικοινωνία σε WDM οπτικά δίκτυα είναι η δρομολόγηση μηκών κύματος, όπου οπτικοί παλμοί μεταδίδονται μέσω οπτικών μονοπατιών, δηλαδή αμιγώς WDM κανάλια που μπορεί να διατρέχουν έναν αριθμό από συνεχόμενες ίνες. Τα σημερινά οπτικά δίκτυα κορμού είναι κυρίως δίκτυα από σημείο σε σημείο (αδιαφανή), όπου το σήμα αναγεννάται σε κάθε ενδιάμεσο κόμβο μέσω οπτο-ηλεκτρο-οπτικής (ΟΕΟ) μετατροπής. Η τάση που επικράτησε τα προηγούμενα χρόνια δείχνει μία εξέλιξη σε δίκτυα χαμηλού κόστους και υψηλής χωρητικότητας που δεν χρησιμοποιούν OEO μετατροπή. Αρχικά, το κόστος ενός αδιαφανούς δικτύου μπορεί να μειωθεί με την μετακίνηση σε ένα δίκτυο όπου η OEO μετατροπή γίνεται μόνο σε ορισμένους κόμβους, το οποίο συνήθως αναφέρεται ως ημιδιαφανές δίκτυο. Ο στόχος είναι η ανάπτυξη ενός αμιγώς διάφανου οπτικού δικτύου όπου το σήμα θα παραμένει σε οπτική μορφή κατά μήκος ολόκληρου του οπτικού μονοπατιού. Δεδομένου ότι τα οπτικά μονοπάτια είναι οι βασικές οντότητες μεταγωγής ενός WDM δικτύου δρομολόγησης μήκους κύματος, η αποτελεσματική εγκατάσταση τους είναι υψηλής σημασίας. Επομένως, είναι σημαντικό να προτείνουμε αποδοτικούς αλγορίθμους για την επιλογή των μονοπατιών των αιτήσεων σύνδεσης και να αναθέσουμε μήκη κύματος σε κάθε ένα σύνδεσμο κατά μήκος αυτών των μονοπατιών. Αυτό το πρόβλημα είναι γνωστό ως πρόβλημα δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος (Routing and Wavelength Assignment - RWA). Στα διαφανή και ημιδιαφανή οπτικά δίκτυα, η ποιότητα της μετάδοσης του σήματος (QoT) επηρεάζεται σημαντικά από τις φυσικές εξασθενήσεις. Το RWA πρόβλημα με την παρουσία φυσικών εξασθενήσεων αναφέρεται ως Impairment aware (ΙΑ-) RWA πρόβλημα. Στην παρούσα διδακτορική έρευνα αρχικά ασχοληθήκαμε με την ανάπτυξη και την αξιολόγηση αλγορίθμων δρομολόγησης και ανάθεσης μήκους κύματος σε διαφανή και ημιδιαφανή οπτικά WDM δίκτυα θεωρώντας ότι οι αιτήσεις σύνδεσης είναι γνωστές εκ των προτέρων (φάση σχεδιασμού δικτύων θεωρώντας στατική κίνηση). Εξαιτίας των φυσικών φαινομένων, η επιλογή του κάθε οπτικού μονοπατιού επηρεάζει και επηρεάζεται από τις επιλογές των άλλων οπτικών μονοπατιών. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των οπτικών μονοπατιών στο στατικό πρόβλημα είναι δύσκολο να μοντελοποιηθεί καθώς η χρησιμοποίηση των οπτικών μονοπατιών αποτελούν μεταβλητές του προβλήματος. Αρχικά προτείνουμε RWA αλγορίθμους, χωρίς να λαμβάνουμε υπόψη τις φυσικές εξασθενήσεις, οι οποίοι βασίζονται σε μοντελοποιήσεις γραμμικού προγραμματισμού (Linear Programming - LP) και τείνουν να δίνουν ακέραιες λύσεις. Στην συνέχεια επεκτείνουμε τις μοντελοποιήσεις αυτές και παρουσιάζουμε δύο αλγορίθμους οι οποίοι λαμβάνουν υπόψη τις φυσικές εξασθενήσεις (IA-RWA). Στην πρώτη μοντελοποίηση οι φυσικές εξασθενήσεις λαμβάνονται υπόψη έμμεσα με βάση τις πηγές που προκαλούν τις εξασθενήσεις, ενώ στην δεύτερη μοντελοποίηση οι φυσικές εξασθενήσεις λαμβάνονται υπόψη άμεσα συνδυάζοντας τις παραμέτρους οι οποίες σχετίζονται με την διασπορά του θορύβου. Ο στόχος των IA-RWA αλγορίθμων είναι η ελαχιστοποίηση του αριθμού των μηκών κύματος που χρειάζονται για να εγκατασταθούν όλα τα οπτικά μονοπάτια και ταυτόχρονα η ελαχιστοποίηση της εξασθένησης του σήματος του κάθε οπτικού μονοπατιού. Αναπτύχθηκαν επίσης δύο IA-RWA αλγόριθμοι πολλαπλών κριτηρίων για δυναμική κίνηση (online αλγόριθμοι, που χρησιμοποιούνται κυρίως στην φάση λειτουργίας του δικτύου) για διαφανή δίκτυα. Οι αλγόριθμοι αυτοί λαμβάνουν υπόψη τους συνδυαστικά τις παραμέτρους του φυσικού επιπέδου και του επιπέδου δικτύου, ορίζοντας διανύσματα κόστους για κάθε συνδέσμου και για κάθε μονοπάτι. Ο ένας αλγόριθμος λαμβάνει τις φυσικές εξασθενήσεις έμμεσα, ενώ ο άλλος έμμεσα. Με βάση τους αλγορίθμους πολλαπλών κριτηρίων, προτείναμε διάφορες τεχνικές προστασίας των μονοπατιών για την αντιμετώπιση βλαβών στο δίκτυο λαμβάνοντας υπόψη τους περιορισμούς εξασθένησης του φυσικού επιπέδου. Ο αλγόριθμος που λαμβάνει άμεσα υπόψη τις φυσικές εξασθενήσεις, επεκτάθηκε ώστε να λαμβάνει υπόψη την ύπαρξη αναγεννητών σε συγκεκριμένους κόμβους του δικτύου καθιστώντας τον ικανό κατ’ αυτόν τον τρόπο να λειτουργεί σε ημιδιαφανή δίκτυα. Μελετήσαμε επιπλέον RWA αλγορίθμους σε WDM δίκτυα τα οποία περιλαμβάνουν κόμβους με περιορισμούς χρώματος (colored) και κατεύθυνσης (direction). Ειδικότερα, επικεντρωθήκαμε σε τέσσερις αρχιτεκτονικές κόμβων που χρησιμοποιούν add/drop ports με τις ακόλουθες ρυθμίσεις i) colored/directed, ii) colored/directionless, iii) colorless/ directed, και iv) colorless/directionless. Αυτές οι αρχιτεκτονικές έχουν διαφορετικό κόστος υλοποίησης, δηλαδή η πιο ευέλικτη αρχιτεκτονική είναι και η πιο ακριβή. Παράλληλα ασχοληθήκαμε με την μελέτη RWA αλγορίθμων σε ευέλικτα οπτικά δίκτυα όπου υπάρχει η επιπλέον δυνατότητα επιλογής του ρυθμού μετάδοσης (και του είδους διαμόρφωσης) που θα χρησιμοποιηθεί στο οπτικό μονοπάτι. Η δυνατότητα αυτή επιτρέπει στα κυκλώματα συνδέσεων, σε μελλοντικά οπτικά δίκτυα κορμού, να μην είναι πλέον στατικά και μονολιθικά, αλλά να μπορούν να αναπροσαρμόζονται δυναμικά στην ζήτηση, τόσο ως προς τον ρυθμό τους όσο και ως προς τον τρόπο διαμόρφωσης. Στα δίκτυα πολλαπλών ρυθμών δεν αρκεί να θεωρήσουμε μία συγκεκριμένη μέγιστη απόσταση μετάδοσης για κάθε τεχνική διαμόρφωσης/ρυθμό μετάδοσης, αλλά θα πρέπει να λάβουμε υπόψη τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συνδέσεων που μεταδίδονται με διαφορετικό ρυθμό μετάδοσης. Οι προτεινόμενοι αλγόριθμοι προσαρμόζουν την απόσταση μετάδοσης των συνδέσεων ανάλογα με την κατάσταση χρησιμοποίησης του δικτύου, έτσι ώστε να αποφευχθούν τα φαινόμενα παρεμβολών πολλαπλών ρυθμών, παρέχοντας τη δυνατότητα να εγκατασταθούν συνδέσεις με αποδεκτή ποιότητα μετάδοσης. Τέλος, μελετήσαμε RWA αλγορίθμους που έχουν ως στόχο την μείωση της κατανάλωσης της ενέργειας σε WDM οπτικά δίκτυα, για την περίπτωση της στατικής κίνησης. Η μείωση της ενέργειας επιτυγχάνεται μέσω της μείωσης του αριθμού των συσκευών του δικτύου που είναι ιδιαίτερα δαπανηρές σε ενέργεια. Αναπτύξαμε ενεργοαποδοτικούς αλγορίθμους για διαφανή και ημιδιαφανή δίκτυα με την χρήση ILP μοντελοποιήσεων. / Ιn a wavelength division multiplexing (WDM) network, each fiber link carries high-rate traffic at several different wavelengths, thus creating multiple channels within a single fiber. The most common architecture utilized for establishing communication in WDM optical networks is wavelength routing, where optical pulse-trains are transmitted through lightpaths, that is, all-optical WDM channels that may span multiple consecutive fibers. Current optical core networks are mainly point-to-point (opaque) networks, where the signal is regenerated at every intermediate node via optical-electronic-optical (OEO) conversion. The trend in recent years shows an evolution toward low-cost and high-capacity all-optical networks that do not utilize OEO. Initially, the cost of an opaque network can be reduced by moving toward a network where OEO conversion is employed only at some nodes, which is usually referred to as a translucent network. The ultimate goal is the development of an all-optical transparent network, where the data signal remains in the optical domain for the entire lightpath. Since the lightpaths are the basic switched entities of a wavelength routed WDM network, their effective establishment and usage are crucial. Thus, it is important to propose efficient algorithms to select the routes for the requested connections and to assign wavelengths on each of the links along these routes. This is known as the routing and wavelength assignment (abbreviated RWA) problem. In a transparent or translucent network, where the signal on a lightpath remains in the optical domain, the quality of transmission (QoT) is significantly affected by physical limitations of fibers and optical components. The RWA problem in the presence of physical layer impairments is referred as Impairment aware (IA-) RWA. We first consider the offline version (network planning phase assuming static traffic) of the RWA problem in transparent and translucent optical networks. In such networks, the signal quality of transmission degrades due to physical layer impairments. Because of certain physical effects, routing choices made for one lightpath affect and are affected by the choices made for the other lightpaths. This interference among the lightpaths is particularly difficult to formulate in an offline algorithm since, in this version of the problem, we start without any established connections and the utilization of lightpaths are the variables of the problem. We initially present algorithms for solving the pure (without impairments) RWA problem based on a Linear Programming (LP)-relaxation formulation that tends to yield integer solutions. Then, we extend these algorithms and present two IA-RWA algorithms for transparent networks that account for the interference among lightpaths in their formulation. The first algorithm takes the physical layer indirectly into account by limiting the impairment-generating sources. The second algorithm uses noise variance-related parameters to directly account for the most important physical impairments. The objective of the resulting cross-layer optimization problem is not only to serve the connections using a small number of wavelengths (network layer objective), but also to select lightpaths that have acceptable quality of transmission (physical layer objective). We propose an algorithm for translucent networks that decomposes the problem into two sub-problems. Initially, we formulate the problem of choosing the sequence of regenerators to be used by the so called “non-transparent connections” as a virtual topology problem and propose various offline IA-RWA algorithms, ranging from integer linear programs (ILP) to simple heuristic algorithms, to solve it. We then transform the initial traffic matrix so as to obtain a traffic matrix that consists only of connections that can be served transparently and apply an IA-RWA algorithm developed for transparent networks. Next, we present two algorithms, for the online version (network operation phase assuming dynamic traffic) of the RWA problem, which are based on the multicost concept and use multiple cost parameters (that is, a cost vector, as opposed to a single scalar cost) for characterizing a link and handle the impairments directly and indirectly, respectively. We show that the use of the multicost approach to solve the online IA-RWA problem can be quite beneficial, both in terms of performance (blocking probability, execution time) and it terms of functionality. Multiple candidate lightpaths are calculated that have, by construction, good QoT performance, making also fault tolerance provisioning easy. We also present an IA-RWA algorithm for translucent WDM networks. We extend an algorithm developed for transparent networks, to obtain a number of IA-RWA algorithms that work in translucent networks and make use of the regenerators that are present at certain network locations when necessary. We also consider RWA in a WDM network consisting of optical cross-connect (OXC) nodes that have color and direction constraints. These restricted node architectures have a smaller cost than the more flexible (and best performing) ones usually assumed in the RWA problem. In particular, we concentrate on four node architectures that use add/drop ports with the following configurations: i) colored/directed, ii) colored/directionless, iii) colorless/ directed, and iv) colorless/directionless. We consider the problem of planning a mixed line rates (MLR) WDM transport optical network. In such networks, different modulation formats are usually employed to support the transmission at different line rates. Previously proposed planning algorithms have used a transmission reach bound for each modulation format/line rate, mainly driven by single line rate systems. However, transmission experiments in MLR networks have shown that physical layer interference phenomena are more severe between among transmissions that utilize different modulation formats. Thus, the transmission reach of a connection with a specific modulation format/line rate depends also on the other connections that co-propagate with it in the network. To plan a MLR WDM network, we present RWA algorithms that adapt the transmission reach of each connection according to the use of the modulation formats/line rates in the network. The proposed algorithms are able to plan the network so as to alleviate cross-rate interference effects, enabling the establishment of connections of acceptable quality over paths that would otherwise be prohibited. Finally, we consider the energy minimization problem in optical networks from an algorithmic perspective. The objective of our proposed algorithms is to plan optical WDM networks so as to minimize the energy consumed, by minimizing the number of the most energy-consuming components. Such components can be amplifiers, regenerators, add/drop terminals, optical fibers, etc. We present algorithms for solving the Energy-Aware Routing and Wavelength Assignment (EA-RWA) problem based on ILP formulations that incorporates energy consuming modules.

Σημαντικός αριθμός μνημείων και έργων τέχνης είναι κατασκευασμένα από πέτρα, μάρμαρο κατά πρώτο λόγο, και έπειτα από ασβεστόλιθο και από άλλα πυριτικά υλικά. Η παρούσα εργασία επικεντρώθηκε στη μελέτη της διάλυσης του μαρμάρου σε διάφορες συνθήκες με απώτερο στόχο την αποκάλυψη του μηχανισμού της φυσικοχημικής αυτής διεργασίας τόσο για την περίπτωση ασβεστιτικών όσο και δολομιτικών μαρμάρων. Η κατανόηση του μηχανισμού του προβλήματος είναι απαραίτητη για την κατάλληλη προσέγγιση και επιλογή των μεθόδων προστασίας. Έτσι, στην παρούσα εργασία επιχειρήθηκε: α) Ο προσδιορισμός του μηχανισμού διάλυσης από πειράματα μέτρησης της κινητικής της διάλυσης του μαρμάρου σε ακόρεστα ως προς το βασικό συστατικό (ασβεστίτης, δολομίτης) διαλύματα και σε διαφορετικές συνθήκες ακορεστότητας. β) Η αναστολή της διάλυσης με την προσθήκη υδατοδιαλυτών τασιενεργών ουσιών και η διερεύνηση του μηχανισμού δράσης τους. γ) Η δημιουργία δυνητικά προστατευτικών επικαλύψεων των επιφανειών του (ασβεστιτικού) μαρμάρου με στρώματα ανόργανων αλάτων. δ) Η σύγκριση των αποτελεσμάτων μέτρησης του ρυθμού διάλυσης τόσο παρουσία όσο και απουσία προσθέτων ουσιών με βιβλιογραφικές αναφορές, και αποτελέσματα από πειράματα υπαίθριας έκθεσης και από πειράματα έκθεσης δοκιμίων σε συνθήκες επιταχυνόμενης διάβρωσης σε θάλαμο αλατονέφωσης (παρουσία και άλλων παραγόντων, όπως μικροοργανισμοί, μικροβιοκτόνες ενώσεις). Ο στόχος της σύγκρισης αυτής ήταν η επιλογή του καταλληλότερου μοντέλου για την αξιόπιστη δοκιμή νέων υλικών και μεθόδων προστασίας του μαρμάρου. Για τη διεξαγωγή των δοκιμών, επιλέχθηκαν τρεις τύποι μαρμάρου που απαντώνται σε μνημεία και γλυπτά στην Ευρώπη: Carrara (ασβεστίτης >98%), Πεντελικό (ασβεστίτης >98%) και Ekeberg (δολομίης ~93%). Τα διαλύματα που χρησιμοποιήθηκαν στις μετρήσεις, κινητικής της διάλυσης ήταν ακόρεστα ως προς ασβεστίτη και παρασκευάζονταν με την αραίωση κατάλληλων όγκων stock διαλυμάτων CaCl2, MgCl2, NaHCO3, NaCl, και η αρχική τιμή του pH ρυθμιζόταν στο 8.25 με προσθήκη 0.01N NaOH. Μετά την αποκατάστασης ισορροπίας στα ακόρεστα διαλύματα εργασίας, γινόταν προσθήκη ακριβώς ζυγισμένης σκόνης μαρμάρου ή η εμβάπτιση των δοκιμίων (στερεωμένων σε ειδικό στήριγμα). Τρεις μέθοδοι χρησιμοποιήθηκαν για τις μετρήσεις της κινητικής της διάλυσης του μαρμάρου: συνθήκες ελεύθερης μεταβολής (free drift), συνθήκες σταθερού pH (pH-stat), συνθήκες σταθερού κορεσμού. Για τα ασβεστιτικά μάρμαρα, οι μετρήσεις του ρυθμού διάλυσης τόσο του μαρμάρου (κονιοποιημένου ή δοκιμίων) όσο και της πρότυπης ένωσης αναφοράς (ασβεστίτης) συναρτήσει της ακορεστότητας των διαλυμάτων έδειξαν γραμμική εξάρτηση. Σε όλες τις περιπτώσεις, οι ρυθμοί που υπολογίσθηκαν ήσαν της αυτής τάξης μεγέθους με τους αντίστοιχους ρυθμούς του καθαρού ασβεστίτη. Η θερμική κατεργασία του Πεντελικού μαρμάρου οδήγησε σε σημαντική αύξηση του ρυθμού διάλυσης, και η εξάρτηση των μετρούμενων ρυθμών, R, από τον σχετικό υπερκορεσμό, σ, ήταν μη γραμμική, με n>1. Για το δολομιτικό μάρμαρο Ekeberg, από το διάγραμμα του ρυθμού διάλυσης συναρτήσει της σχετικής ακορεστότητας σ, η προσαρμογή των δεδομένων στην R=kdσn έδωσε την τιμή n=2, οπότε εξήχθη το συμπέρασμα, ότι το στάδιο που καθορίζει τη διάλυση του δολομιτικου μαρμάρου είναι η επιφανειακή διάχυση. Μετρήθηκε και η διαλυτότητα τόσο του δολομιτικού όσο και των λοιπών τύπων μαρμάρου. Τα ασβεστιτικά μάρμαρα Πεντελικό και κρυσταλλίνα Θάσου έδωσαν τιμές για το γινόμενο διαλυτότητας κοντά στην αντίστοιχη τιμή για τον καθαρό ασβεστίτη (8.48) ενώ τα υπόλοιπα ασβεστιτικά (Carrara, Σπηλιά, Διονύσου) έδωσαν υψηλότερες τιμές διαλυτότητας. Τα δύο δολομιτικά μάρμαρα έδωσαν την αυτή τιμή για τη σταθερά διαλυτότητας, η οποία ευρίσκεται εντός των ορίων τιμών που έχουν αναφερθεί στην βιβλιογραφία για στοιχειομετρικό δολομίτη. Σε όλες τις περιπτώσεις ο ρυθμός διάλυσης του μαρμάρου βρέθηκε ότι ελέγχεται από την επιφανειακή διάχυση των δομικών λίθων στο οριακό στρώμα του υγρού. Η ρόφηση κάποιας ουσίας πάνω στο στερεό θα μπορεί να δεσμεύει τα ενεργά κέντρα και θα έχει αποτελεσματική δράση στην επιβράδυνση της διάλυσης. Έγινε μελέτη ρόφησης ουσιών με ιοντιζόμενες φωσφορικές και φωσφονικές ομάδες σε σκόνες των μαρμάρων Πεντελικού, Carrrara και Ekeberg (ισόθερμοι ρόφησης). Το HEDP μελετήθηκε σε μεγαλύτερη έκταση, τόσο γιατί η παρουσία του στα ακόρεστα διαλύματα είχε ως αποτέλεσμα τη σημαντικότατη αναστολή της διάλυσης, όσο και διότι ως ουσία με ιονιζόμενες δραστικές ομάδες αποτελεί μοντέλο για την μελέτη της επίδρασης ανάλογων ουσιών σε κρυσταλλικά στερεά τα οποία διαθέτουν κατιόντα μετάλλων στην επιφάνειά τους. Η προσθήκη του αναστολέα HEDP στα ακόρεστα διαλύματα είχε ως αποτέλεσμα τη μείωση του ρυθμού διάλυσης σε ανάλογο βαθμό με την προ-ρόφησή του. Η προσθήκη του HΕDP στα ακόρεστα διαλύματα, έδωσε μικρότερους ρυθμούς διάλυσης σε σύγκριση με τους αντίστοιχους ρυθμούς οι οποίοι ελήφθησαν από δείγματα στα οποία η ουσία αυτή είχε προ-ροφηθεί στο στερεό (πειράματα σε σκόνες και δοκίμια ασβεστιτικών μαρμάρων). Το HEDP εκτός από την επιβράδυνση της διάλυσης (ακόμα και κατά 80-90 %), βρέθηκε ότι είχε αρνητική επίδραση στη μορφολογία των κρυστάλλων του μαρμάρου. Ο στόχος της επόμενης σειράς πειραμάτων ήταν η δημιουργία επικαλύψεων σε συμπαγή δοκίμια μαρμάρου. Οι επικαλύψεις αυτές, αποτελούντο από ανόργανα άλατα, μικρότερης διαλυτότητας σε υδατικά διαλύματα, σε σύγκριση με τον ασβεστίτη. Τα διαλύματα αντιδραστηρίων κατεργασίας (HCl, ΕDTA, γαλακτικού οξέος, oξικού οξέος, H3PO4, HEDP, NTMP , N(phosphomethyl-) imino diacetic acid) εφαρμόσθηκαν με: α) επίχριση με πινέλο, β) επίθεση εμποτισμένων υφασμάτων, γ) εμβάπτιση των δοκιμίων στα αντίστοιχα διαλύματα. Αποτελεσματικότερος τρόπος εφαρμογής ήταν η εμβάπτιση. Ο χαρακτηρισμός των επιφανειών, και των αντίστοιχων επιστρώσεων και η ταυτοποίησή τους έγινε με XRD, FΤ-IR και SEM. Στην συνέχεια, τα σύνθετα υλικά (μάρμαρο+επικάλυψη), υποβλήθηκαν σε πειράματα διάλυσης σε διαλύματα ακόρεστα ως προς ασβεστίτη προκειμένου να δοκιμασθεί η αποτελεσματικότητά τους στην προστασία της επιφάνειας του μαρμάρου από τη διάβρωση. Η επεξεργασία με φωσφορικό οξύ, είχε ως αποτέλεσμα την δημιουργία παχέος στρώματος διένυδρου, όξινου φωσφορικού ασβέστιου (CaHPO42H2O, DCPD). Με δεύτερη εμβάπτιση σε διάλυμα όξινου φωσφορικού νατρίου η υδρόλυση των αρχικά σχηματισθέντων κρυστάλλων DCPD, οδήγησε στον σχηματισμό ψευδομορφικών κρυστάλλων OCP οι οποίοι και σχηματίζουν στρώμα περίπου 100 μm, το οποίο καλύπτει πλήρως την επιφάνεια του μαρμάρου και παρουσιάζει εξαιρετική πρόσφυση στην επιφάνεια. Οι δοκιμές διάλυσης σε ακόρεστα διαλύματα, έδειξαν ότι διαλύεται μόνο η επικάλυψη. Υπαίθρια Έκθεση. Επαληθεύθηκε η ανασταλτική δράση του HΕDP στην διάλυση των δοκιμίων του μαρμάρου τα οποία εκτέθηκαν στους σταθμούς υπαίθριας έκθεσης. Γενικά, οι τασιενεργές ουσίες που δοκιμάσθηκαν προστάτευσαν τα δοκίμια του μαρμάρου σε μεγαλύτερο βαθμό από τις υδρόφοβες ουσίες γεγονός το οποίο υπογραμμίζει την σημασία της αλληλεπίδρασης ουσίας-υποστρώματος και το οποίο είναι σε συμφωνία με τα ευρήματα από τα πειράματα που διεξήχθησαν στους αντιδραστήρες batch.. Θάλαμος αλατονέφωσης. Σε συνθήκες επιταχυνόμενης διάβρωσης, επαληθεύθηκε για μια ακόμα φορά η ανασταλτική δράση ουσιών όπως το HΕDP, οι οποίες μπορούν να αλληλεπιδράσουν με το μάρμαρο. Είναι αξιοσημείωτο ότι τα αποτελέσματα των μετρήσεων της κινητικής της διάλυσης τα οποία ελήφθησαν από την υπαίθρια έκθεση δοκιμίων ήσαν συγκρίσιμα με τα αποτελέσματα των μετρήσεων σε αντιδραστήρες τύπου batch. . Η μέθοδος μέτρησης της κινητικής της διάλυσης σε ακόρεστα διαλύματα και σε συνθήκες σταθερού κορεσμού, έχει τη δυνατότητα σε μικρό σχετικά χρονικό διάστημα να δώσει ικανοποιητικές πληροφορίες σχετικά με τη συμπεριφορά των δοκιμίων μαρμάρου σε διαβρωτικό περιβάλλον αλλά και να χρησιμεύσει σε δοκιμές ελέγχου και προκαταρκτικής αξιολόγησης (screening) σειράς υποψήφιων για την προστασία του μαρμάρου ουσιών. / A significant number of historic monuments and artworks have been made of stone, mainly of marble, lime and silicate materials. The work in the present thesis, is focused on the investigation of the kinetics of marble dissolution under various conditions. These studies contribute to the understanding of the mechanism of dissolution, for of calcitic and dolomitic marbles. Understanding the mechanism of the problem is essential for the selection and the implementation of methods for the protection of monuments. More specifically, in the present work it was attempted to achieve the following tasks: a) Determination of dissolution mechanism, through measurements of the kinetics of marble dissolution in solutions undersaturated with respect to the main component (calcite, dolomite) under various undersaturation conditions at controlled conditions. b) Dissolution inhibition by addition of water soluble compounds and investigation of the mechanism of their interaction with the calcitic surfaces. c) Formation of potentially protective coatings on marble surface consisting of sparingly soluble inorganic salts. d) Comparison of marble dissolution rates (in the presence and in the absence of different water soluble substances) with the respective values reported in the literature and with results from marble specimens exposed outdoors or under accelerated weathering conditions in a salt spray chamber (with or without other agents, including colonization with microorganisms, treatment with biocides). The aim of this comparison was the selection of the best model for the reliable testing of novel methods and materials for the protection of marble. Three marble types were selected in the present investigation. These types have been frequently used as building materials in monuments and sculptures in Europe: Carrara (>98% calcite), Pentelic (>98% calcite) and Ekeberg (>93% dolomite). A number of compounds were selected for the investigation of their effectiveness of protection against marble weathering due to wet precipitation: VPA3-7 (surfactant) and HEDP (organophosphorus compounds), Hydrophase superfici (hydrophobic substannce) and Algophase  (biocide). To study the effect of microorganisms on the weathering of marble specimens exposed outdoors, they were inocculated with a bacteria culture consisting of (Geodermatophilus sp BC 508 isolated from limestone rock (Noto, Syracuse, Italy) , Micromonospora sp. BC 562 isolated from Pentelic marble), fungi (Coniosporium apolliniis MC518 isolated from marble from Tarragona Cathedral (Spain) and Coniosporium uncinatum MC557 isolated from Carrara marble statue (Messina, Italy).) The aim of the measurements of the rates of marble dissolution in solutions undersaturated with respect to calcite, as a function of the relative undersaturation was the attainment of a better understanding for the mechanism underlying marble dissolution. Undersaturated working solutions were prepeared by dilution of proper stock solutions of CaCl2, MgCl2, NaHCO3, NaCl, and pH was initially adjusted to 8.25 with 0.01N NaOH. After equilibration of undersaturated solutions in the reactor, known amount of marble was introduced, either in powder form (suspension) or in rod form (fixed on special scaffold). Depending on the control of the parameters possible the following types of experiments were done and the dissolution rates were measured: free drift (all variables change with the exception of temperature), constant pH (pH only is kept constant), constant undersaturation (the activities of all species in the undersaturated solutions are kept constant). The dissolution rates of calcitic marble (both in powders and slabs) and calcite powder showed linear dependence on the relative undersatutation. In all cases, the rates of dissolution were of the same order of magnitude with the rates corresponding to (synthetic) calcite powder. Thermal pretreatment of pentelic marble powder resulted to higher dissolution rates. In this case, the dependence of the rates measured with respect to the relative undersatutation was found to be non-linear, (R=Kdσn , n>1). In the case of Ekeberg marble, the dependence of the rates of dissolution on the relative undersatutation was found to be non-linear, as well with n = 2. It may therefore be concluded that the dissolution is surface diffusion controlled. In the present work, solubilities for different types of marbles investigated in aqueous solutions were calculated from measurements of specimens equilibrated with electrolyte solutions over a time period exceeding the 2 years. For Pentelic and Crystallina Thassou marbles, values of solubility products were close to the value of pure calcite, while those for the rest of the calcitc marbles (Carrara, Spilia, Dionysoy) were higher. For the dolomitc marbles Ekeberg and Thassos White, the values obtained were almost identical and close to the values reported for stoichiometric dolomite. In all cases, the rate of dissolution was found to be controlled by surface diffusion. The adsorption of a substance on marble surface could possibly affect the dissolution process. The adsorption of substances posessing ionisable phosphate and phosphonate groups on marble powders (Pentelic, carrara, Ekeberg) was investigated through the respective adsorption isotherms. HEDP was mainly studied in this section, because its presence in undersaturated solutions inhibited dissolution to a large extent, and also because it could be considered as a model substance for the investigation of the effect of substances with similar functional groups on crystalline solids with metal cations on their surface. The presence of HEDP in the undersaturated solutions resulted in the reduction of the marble dissolution rates, proportionally to the extent of HEDP adsorption on the substrate. The dissolution rates obtained were lower than those obtained in experiments were HEDP was pre-adsorbed on the substrate (both in marble powder and in marble rod tests). HEDP showed strong inhibition effect (even by 80-90%) but also showed negative effect on the morphology marble crystallites. The aim of the next series of experiments was the formation of coatings on pentelic marble slabs. The coatings tested in the present investigation, consisted of inorganic salts , less soluble than calcite. Treatment solutions (HCl, ΕDTA, lactic acid, H3PO4, HEDP, NTMP , N(phosphomethyl-) imino diacetic acid) were applied by:a) brush, b) impregnated patch and c) immersion. The most effective way was impregnation. XRD, FT-IR and SEM were used for the characterization of the surfaces and of the composition of the coatings. The “new” composite (marble + coating) materials were then subjected to dissolution experiments in solutions undersaturated with respect to calcite. Treatment of marble with phosphoric acid resulted in formation of a thick layer of CaHPO42H2O, DCPD. Following a second treatment with sodium hydrogen phosphate solution, the iniatially formed DCPD crystals were hydrolyzed to pseudomorfic OCP crystals, resulting to a layer of 100 um thickness with complete coverage of the surface and good adhesion on the substrate. Dissolution experiments showed that only the coating was dissolved. T Outdoors exposure. The inhibiting effect of HEDP on dissolution was verified in the case of the exposed marble specimens. The surfactant substances tested seemed to protect the specimens more than the hydrophobic compounds, which empasizes the importance of substance-substrate interaction and is in good agreement with batch experiment results. Salt spray chamber. The inhibiting effect of HEDP on dissolution was again verified in the case of the marble specimen exposedunder accelerated weathering conditions. Results of the measurements of the kinetics of marble dissolution obtained from outdoors exposure tests of marble slabs, were comparable to those obtained from batch reactor experiments. Measurement of dissolution kinetics in working solutions under constant undersaturation conditions is a method capable of providing satisfactory information on the behaviour of marble specimen under weathering conditions and a useful tool on testing and evaluating the efficiency of candidate protective methods and products in a short time (suitable as preliminary screening tool).