Στην εποχή της Συστημικής Ιατρικής, οι τεχνολογίες μαζικής καταγραφής της γονιδιακής και miRNA έκφρασης (π.χ. μικροσυστοιχίες, RNA-seq) αλλά και οι τεχνολογίες ανίχνευσης πρωτεϊνικών αλληλεπιδράσεων (π.χ. yeast two-hybrid, co-immunoprecipitation) απελευθέρωσαν τεράστια ποσά δεδομένων για την αποσαφήνιση των μηχανισμών των πολύπλοκων ασθενειών. Η παρούσα διδακτορική διατριβή συμβάλλει προσφέροντας νέες υπολογιστικές μεθοδολογίες και εργαλεία και παραθέτοντας νέες αξιόπιστες βιολογικές υποθέσεις για την επίλυση σύνθετων ασθενειών του ανθρώπου. Καταρχήν, αποκτήθηκε γνώση του θεωρητικού υπόβαθρου διάφορων μέγαλης κλίμακας μοριακών τεχνικών, τεχνικών εξόρυξης δεδομένων όπως η ομαδοποίηση καθώς και γραφοθεωρητικών προσεγγίσεων. Έπειτα, σχεδιάστηκε μια μεθοδολογία για συνδυασμό πρωτεωμικών και μεταγραφωμικών δεδομένων και αναπτύχθηκε ένα αλγόριθμος ομαδοποίησης γράφων, που ονομάζεται Detect Modules (DetMod), ο οποίος ανιχνεύει κοινοτήτες/υπο-δομές (modules) πρωτεϊνών με διακριτή βιολογική λειτουργία και έντονη δυναμική συσχέτιση σε επίπεδο έκφρασης. Η απόδοση και αξιοπιστία της μεθόδου εξετάστηκε και πιστοποιήθηκε στον απλό οργανισμό-μοντέλο Saccharomyces cerevisiae προτού εφαρμοστεί στην επίλυση προβλημάτων της φαρμακογονιδιωματικής όπως η απόκριση του μεταγραφήματος στην θεραπεία με ταμοξιφένη στην περίπτωση του θετικού στην απόκριση σε οιστρογόνα καρκίνου του μαστού. Αποτέλεσμα της μεθόδου είναι δυναμικοί βιοδείκτες της απόκρισης στην ταμοξιφένη με μορφή υπο-δομών αντί μεμονωμένων πρωτεϊνών. Παράλληλα, στα πλαίσια της σύγχρονης βιβλιογραφίας όπου οι εμπλεκόμενοι μηχανισμοί του καρκίνου αλληλοεπικαλύπτονται με αυτούς της γήρανσης, μια προσαρμοσμένη μεθοδολογία ανάλογη με την προαναφερόμενη εφαρμόστηκε στη μελέτη του φαινομένου της γήρανσης. Τα αποτελέσματα της μεθόδου σε πολλαπλούς ιστούς του ποντικού, και σε δεύτερο στάδιο μεμονωμένα στον καρδιακό ιστό, ανέδειξαν ποια μοριακά μονοπάτια εμπλέκονται στη γήρανση όλων των ιστών και ποια εξειδικεύονται σε ένα μόνο ιστό. Στην περίπτωση του καρδιακού ιστού βιοδείκτες σε μορφή υπο-δομών αποτυπώνουν τα εμπλεκόμενα μονοπάτια αλλά και τη συνεργατική δράση και υπαιτιότητα των miRNA. Σε επόμενο στάδιο μελετήθηκαν οι μηχανισμοί απόκρισης στη γρίπη Α (Η1Ν1) μέσω της ανακατασκευής Γονιδιακών Ρυθμιστικών Δικτύων (ΓΡΔ) που αναπαριστούν τις χρονικά μεταβαλλόμενες αιτιατές σχέσεις μεταξύ μοριακών μονοπατιών από χρονοσειρές γονιδιακής έκφρασης. Το χρονικά μεταβαλλόμενο ΓΡΔ προέκυψε μέσα από μια μέθοδο συνδυασμού πολλαπλών αλγορίθμων ανακατασκευής από διαφορετικές κλάσεις του μαθηματικού φορμαλισμού. Η μέθοδος προσέφερε νέα γνώση για τη συνδεσιμότητα των μοριακών μονοπατιών μέχρι και την 60η ημέρα μετά την εισβολή του ιού στον πνευμονικό ιστό του ποντικού από το στάδιο της φυσικής ανοσίας, στη χυμική ανοσία και τέλος στη διαδικασία αποκατάστασης. Τέλος, παρουσιάζεται ο OLYMPUS, ένας νέος υβριδικός μη επιβλεπόμενος αλγόριθμος ομαδοποίησης που εφαρμόστηκε σε χρονοσειρές γονιδιακής έκφρασης σε απόκριση στη γρίπη Α (Η1Ν1). Ο OLYMPUS χρησιμοποιεί τον Διαφορεξελικτικό αλγόριθμο ως στρατηγική βελτιστοποίησης ενός ασαφούς αλγορίθμου ομαδοποίησης και παράλληλα ενσωματώνει το κριτήριο Bayesian Information με σκοπό την αυτόματη εύρεση του βέλτιστου αριθμού ομάδων. Η ανάλυση των εξαγόμενων ομάδων προσέφερε νέες υποθέσεις σχετικά με τη δυναμική πολλών μοριακών μονοπατιών που εμπλέκονται στην ανοσολογική απόκριση και για πρώτη φορά αναδείχθηκε ο ρόλος των κατασταλμένων διεργασιών στο κινητικό μοντέλο της γρίπης Α. / In the Systems Medicine era, the large scale gene and miRNA expression techniques (e.g. microarrays, RNA-seq) as well as techniques for the detection of protein interactions (e.g. yeast two-hybrid, co-immunoprecipitation) have released mass amounts of data for deciphering the underlying mechanisms of complex diseases. The present PhD thesis contributes by providing new computational methodologies and tools, and by offering novel biological hypotheses for solving complex human diseases. Initially, a good grasp of the current high-throughput molecular techniques was acquired along with familiarization with data mining tecniques such as clustering and with graph-theoretic approaches. Then, a methodology for integrating proteomic and transcriptomic data was designed and a graph clustering algorithm was developed, called Detect Modules (DetMod), which detects, on the composite transcriptome-proteome network, communities/modules with distinct biological function and enhanced association at the dynamic expression level. The performance and reliability of the method was tested and validated in the simple model organism Saccharomyces cerevisiae before solving pharmacogenomics problems such as the transcriptome response mechanisms during tamoxifen response in estogen-response-positive breast cancer cases. The output of the method was dynamic biomarkers of tamoxifen response in the form of modules instead of individual proteins. In parallel, the recent literature associates the mechanisms involved in cancer with those involved in aging. In this context, an adapted methodology similar to the aforementioned was applied in the study of aging. The findings of the method in multiple mouse tissues and on second level in cardiac tissue highlighted the cross-tissue aging molecular pathways as well as the tissue-specific. In the case of cardiac tissue modular biomarkers captured the underlying tissue-specific pathways as well as the synergism of miRNAs. On next level, the response mechanisms to Influenza A (H1N1) were explored through the reconstruction of Gene Regulatory Networks (GRNs), which in turn represent the time-varying causal pathway interactions based on time series expression data. The final time-varying GRN was derived from an ensemble of reconstruction algorithms from different classes of mathematical formalism. The method offered new knowledge for the pathway interactivity until the day 60 after the viral invasion in the mouse lung tissue, from the innate response to the humoral and the late repair phase. Finally, OLYMPUS is presented, a novel unsupervised hybrid clustering algorithm which was applied at time series expression data in response to Influenza A (H1N1). OLYMPUS uses the Differential Evolutionary algorithm as optimization strategy of a fuzzy clustering algorithm and in parallel integrates the Bayesian Information Criterion in order to detect automatically the optimal cluster number. The cluster analysis offered new hypotheses regarding the dynamics of several molecular pathways and for the first time, the role of suppressed biological processes was highlighted in the Influenza A kinetic model.

Σε αυτή την εργασία θα ασχοληθούμε με τα βιολογικά προϊόντα αφού βέβαια προηγηθεί μια πιο θεωρητική προσέγγιση των πραγμάτων. Πιο συγκεκριμένα θα υπάρξει μια εισαγωγή με την θεωρία καταναλωτή, που αποτελεί και το πρώτο κεφάλαιο. Εκεί θα δούμε τους παράγοντες που ευθύνονται για την διαμόρφωση προτιμήσεων των καταναλωτών αλλά και διάφορες προσεγγίσεις που μπορούν να γίνουν για τα κατανοηθούν. Έτσι θα γίνει αναπόφευκτα μια εισαγωγή της επιστήμης του μάρκετινγκ. Στο δεύτερο κεφάλαιο θα επεκταθούμε στο στρατηγικό μάρκετινγκ και θα δούμε αναλυτικά τρόπους προώθησης των προϊόντων, ώστε να γίνεται πιο γνωστή και κατ΄ επέκταση πιο κερδοφόρα μια επιχείρηση. Σε αυτό το σημείο θα γίνει και μια πρώτη αναφορά στα βιολογικά τρόφιμα, στην προσπάθεια μας να προσαρμόσουμε όλα τα προηγούμενα θεωρητικά δεδομένα στην εξειδικευμένη μελέτη των βιολογικών. Στο επόμενο κεφάλαιο, που είναι το τρίτο, θα επικεντρώσουμε το ενδιαφέρον μας στην διαφήμιση και θα δούμε πως μπορεί αυτή να προσαρμοστεί στα δεδομένα της ελληνικής αγοράς και τι συνέπειες μπορεί να επιφέρει, όχι πια τόσο θεωρητικά αλλά πιο μαθηματικοποιημένα. Στο τέταρτο κεφάλαιο, θα ασχοληθούμε με την ζήτηση των βιολογικών προϊόντων στην ελληνική αγορά και τα χαρακτηριστικά της, ενώ θα γίνει και αναφορά στους παράγοντες που επηρεάζουν τη ζήτηση αυτή. Τέλος στο κεφάλαιο πέντε που είναι και τελευταίο, θα αναλύσουμε τα αποτελέσματα της έρευνας που διεξήθει στο πανεπιστήμιο του Πειραιά και σκοπό είχε τον προσδιορισμό των παραγόντων εκείνων οι οποίοι επηρεάζουν τις διαθέσεις, αντιλήψεις και προτιμήσεις των Ελλήνων καταναλωτών σε ότι αφορά τα βιολογικά τρόφιμα. Ενώ θα καταλήξουμε ότι οι κύριοι παράγοντες, οι οποίοι φάνηκε να επηρεάζουν τις αγοραστικές συνήθειες των καταναλωτών και τις μελλοντικές τους προθέσεις σε ότι αφορά την επιλογή των βιολογικών προϊόντων, είναι μεταξύ άλλων η τιμή τους, η διαθεσιμότητά τους και ο βαθμός πληροφόρησης και ενημέρωσης για αυτά. / -

Η ραγδαία ανάπτυξη του Παγκόσμιου Ιστού προσέφερε σε όλους τους χρήστες ανά τον κόσμο τη δυνατότητα άμεσης, γρήγορης και αποτελεσματικής προσπέλασης κάθε είδους πληροφορίας. Καθημερινά πραγματοποιούνται εκατομμύρια καταχωρήσεις πληροφοριών στο Διαδίκτυο με αποτέλεσμα ο όγκος της διακινούμενης πληροφορίας να αυξάνει με εκθετικούς ρυθμούς. Με το πάτημα ενός κουμπιού, μια πληθώρα πληροφοριών, ακόμη και για το πιο εξειδικευμένο θέμα, βρίσκεται μπροστά στην οθόνη του χρήστη, έτοιμη προς ανάγνωση και επεξεργασία. Αυτή ακριβώς η «υπερδιάθεση» πληροφοριών καθιστά πολύ δύσκολη έως αδύνατη οποιουδήποτε είδους επεξεργασία των δεδομένων από το χρήστη, έστω και σε επίπεδο απλής ανάγνωσης. Η ύπαρξη ενός εργαλείου ανάκτησης κειμένου και εξαγωγής όρων και κανόνων από μια υπερμεγέθη συλλογή κειμένων θα έδινε τη δυνατότητα στο χρήστη να ανακτήσει χρήσιμες πληροφορίες γρήγορα, χωρίς να είναι απαραίτητη η ανάγνωση και η φυσική επεξεργασία όλων αυτών των κειμένων. Ειδικότερα στο ευαίσθητο πεδίο των Βιο-Επιστημών όπου η αδυναμία επεξεργασίας της διαθέσιμης πληροφορίας και της εξαγωγής χρήσιμων συνδέσεων και συμπερασμάτων επηρεάζει αρνητικά την επιστημονική έρευνα, είναι επιτακτική η ανάγκη παρουσίας εργαλείων που θα διευκολύνουν τη διαδικασία εξόρυξης γνώσης από κείμενα με βιολογικό περιεχόμενο. Στην παρούσα διπλωματική εργασία γίνεται μια παρουσίαση τεχνικών με τις οποίες είναι δυνατή η εξαγωγή γνώσης και κανόνων από κείμενα ηλεκτρονικής μορφής στο Διαδίκτυο τα οποία αφορούν στο επιστημονικό πεδίο της Βιολογίας. Η προσπάθειά μας επικεντρώνεται κυρίως στη δυνατότητα εξόρυξης γνώσης από κείμενα που αναφέρονται σε ένα συγκεκριμένο θέμα Βιολογίας (π.χ. μεταγραφικοί παράγοντες) και που η πραγματοποίηση του στόχου αυτού θα ήταν διαφορετικά από δύσκολη έως αδύνατη καθώς το πλήθος των κειμένων είναι απαγορευτικό για την αναλυτική μελέτη τους από ειδικό ή ομάδα ειδικών, πόσο μάλλον από έναν απλό χρήστη. Αρχικά, περιγράφουμε τον τρόπο ανάκτησης των κειμένων που αναφέρονται στο συγκεκριμένο θέμα του ενδιαφέροντός μας από την ηλεκτρονική βιβλιοθήκη National Library of Medicine και τη δημιουργία της προς επεξεργασία συλλογής κειμένων. Η συλλογή αυτή υπόκειται σε λεξικολογική ανάλυση και επεξεργασία κατά τη διάρκεια της οποίας διατηρούνται από κάθε κείμενο οι πιο σημαντικοί όροι, ενώ οι υπόλοιποι απορρίπτονται. Με τον τρόπο αυτό δημιουργείται ένα σύνολο από τους πιο αντιπροσωπευτικούς όρους ανά κείμενο με τη συχνότητα εμφάνισής τους σε αυτά. Στη συνέχεια, εφαρμόζουμε τεχνικές ομαδοποίησης δεδομένων με στόχο τη δημιουργία ομάδων όρων, αλλά και ομάδων κειμένων. Στα πλαίσια της προσπάθειας αυτής, πειραματιστήκαμε με διάφορες γνωστές τεχνικές ομαδοποίησης (αλγόριθμοι k-means και ιεραρχικός μονής σύνδεσης), ενώ υλοποιήσαμε εκ νέου τον αλγόριθμο ISODATA σε περιβάλλον ανάπτυξης Matlab. Η έρευνά μας ολοκληρώνεται με την εφαρμογή της τεχνικής του Latent Semantic Indexing πριν τη ομαδοποίηση των δεδομένων και τη σύγκριση των αποτελεσμάτων. Μέσα από τις ομάδες που δημιουργούνται με αυτή τη διαδικασία, διαπιστώνουμε την παρουσία συνδέσεων μεταξύ όρων και κειμένων και, ακόμη περισσότερο, τη δυνατότητα εξαγωγής συμπερασμάτων, αλλά και εξόρυξης πραγματικά νέας γνώσης επάνω σε συγκεκριμένα πεδία της επιστήμης της Βιολογίας. / The rapid growth of World Wide Web offered every user around the globe the ability to have immediate, quick and effective access to every kind of information. Daily, millions of records of information about every subject are added on Internet, giving the volume of available information an exponential boost. Simply by pressing only one single button, a plethora of information – even about the most sophisticated topic - is laid out in front of user’s screen ready to be read and processed. This plethora is exactly the reason that makes it difficult or even impossible for a simple user to process all the available data, or even just read it. It is clear that the presence of a tool that will make feasible the retrieval of documents and the extraction of terms and rule-associations from a huge document collection would give users the ability to retrieve valuable information quickly, without even reading or pre-processing all these documents. Especially in Bio-sciences, the inability of processing the available information and extracting useful connections and assumptions is an obstacle in scientific research. Therefore, there is a crying need for tools that will facilitate the process of text mining from documents with biological concept. In the present master thesis we present techniques for extracting knowledge and rules from documents in a digital format retrieved from Internet, with special reference to the scientific field of Biology. Our attempt is mainly focused on knowledge extraction from documents with specific biological concept (e.g. transcription factors), which is a really difficult – in some cases even impossible – task to accomplish due to the huge amount of available documents that an expert or a group of experts should read and process – imagine what a simple user could do. First, we describe the retrieval of documents referring to the specific biological concept we are interested about, from the National Library of Medicine and the construction of our document set. This set will be lexicological processed and only the most important term from each document will be kept while the rest will be ignored. This way, a set of the most representative terms per document will be created, along with the frequency in which the terms appear in each document. Secondly, we apply clustering techniques over this terms-by-document set in order to produce clusters of terms as well as clusters of documents. During this step, many well known clustering techniques are being tested, such as the k-means algorithm and the hierarchical-single linkage algorithm. We also describe our implementation, the ISODATA algorithm. The implementation of all clustering algorithms tested here was done on Matlab 6p5. Our research ends with the application of Latent Semantic Indexing (LSI) technique over our terms-by-documents set before the clustering step; we compare the resulting clusters with those taken without performing LSI before clustering. It is in those clusters that we find many connections between terms and documents and - even more – we discover the ability of extracting not only conclusions about the concept of the documents in each cluster but also truly new knowledge referring to specific scientific fields of Biology.

Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την εκπόνηση ενός σχεδίου (ή προγράμματος) μάρκετινγκ (marketing plan), το οποίο έχει σκοπό να διερευνήσει τη δυνατότητα ανάπτυξης και εμπορίας των βιολογικών προϊόντων στον νομό της Ηλείας. Βασική πηγή πληροφόρησης για την εκπόνηση του σχεδίου μάρκετινγκ αποτελεί η διεξαγωγή μιας έρευνας αγοράς στον νομό της Ηλείας για να διαγνωσθεί η στάση των καταναλωτών απέναντι στα βιολογικά προϊόντα και να ερμηνευθεί η καταναλωτική τους συμπεριφορά (κριτήρια επιλογής, συχνότητα χρήσης, είδος και ποσότητες που επιλέγονται κτλ.) αλλά και η συνδυαστική συλλογή λοιπών δευτερογενών δεδομένων που αφορούν το γενικότερο περιβάλλον (πολιτισμικό, τουριστική υποδομή περιοχής, μορφολογία εδάφους, κλίμα, δημογραφικά και οικονομικά στοιχεία νομού κτλ). Τα δευτερογενή δεδομένα σε συνδυασμό με τα ευρήματα της έρευνας αγοράς χρησιμοποιούνται για να προσδιοριστεί με ακρίβεια το κοινό-στόχος (target group) των βιολογικών προϊόντων, να επιλεχθεί το κατάλληλο επίπεδο τιμών, να σχεδιασθεί το μίγμα προβολής-προώθησής τους και να επιλεχθούν τα αποτελεσματικότερα κανάλια διανομής τους, επιτυγχάνοντας συνέργειες με τα τουριστικά καταλύματα, τις μονάδες εστίασης και τους πολιτιστικούς χώρους. Συνεπώς, βασικός στόχος της παρούσης μελέτης είναι η βελτίωση της ανταγωνιστικότητας της Ηλείας, μέσω της αναβάθμισης και ανάδειξης του τουριστικού προϊόντος και της σύνδεσης του με τα πολιτιστικά και περιβαλλοντικά στοιχεία της περιοχής, καθώς και με τα ιδιαίτερα τοπικά βιολογικά προϊόντα. Επιπλέον, στην παρούσα διπλωματική πραγματοποιήθηκε έρευνα αγοράς (παρόμοια με αυτή που διεξήχθη στο νομό Ηλείας), αλλά και ανάλυση παραγόντων στην ευρύτερη περιοχή της νοτιοδυτικής Ελλάδας και πιο συγκεκριμένα στις περιοχές Μεσσηνία, Ηλεία, Αχαΐα, Μεσολόγγι-Ναύπακτο, Αγρίνιο και Πρέβεζα. Και εδώ, βασικός στόχος είναι η διερεύνηση της καταναλωτικής συμπεριφοράς των καταναλωτών απέναντι στα βιολογικά προϊόντα. Όσον αφορά την παραγοντική ανάλυση, που πραγματοποιήθηκε, αυτή αναφέρεται στην ομαδοποίηση ενός μεγάλου αριθμού μεταβλητών που έχουν υψηλή συσχέτιση μεταξύ τους και την δημιουργία παραγόντων. Από τη δημιουργία των παραγόντων και την έρευνα αγοράς επιδιώκεται η ανίχνευση των βασικότερων χαρακτηριστικών των καταναλωτών που στη συνέχεια θα χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία του προφίλ κάθε ομάδας καταναλωτών βιολογικών προϊόντων με στόχο την κατασκευή του καταλληλότερου οδηγού μάρκετινγκ βιολογικών για τους καταναλωτές της νοτιοδυτικής Ελλάδας, αλλά και μια γενικότερη σύνδεση των βιολογικών προϊόντων με τον τουρισμό και τον πολιτισμό. Στο πρώτο κεφάλαιο ορίζεται το μάρκετινγκ, οι βασικές έννοιες του, καθώς και η χρησιμότητα του. Στην συνέχεια, προσδιορίζεται ποια θα είναι η συμβολή της μελέτης στο κοινωνικό και επιχειρηματικό σύνολο της νοτιοδυτικής Ελλάδας και ιδίως για τους Ηλείους καταναλωτές, τους παραγωγούς βιολογικών προϊόντων, τους ιδιοκτήτες τουριστικών καταλυμάτων και μονάδων εστίασης. Τέλος, παρουσιάζεται συνοπτικά η μεθοδολογία της έρευνας (αναλυτική παρουσίαση γίνεται στο κεφάλαιο 3) καθώς και οι δυσκολίες (περιορισμοί) που παρουσιάστηκαν μέχρι την ολοκλήρωσή της. Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ιστορική εξέλιξη της βιολογικής καλλιέργειας, οι διαφορές μεταξύ συμβατικής και βιολογικής γεωργίας, ο ορισμός και οι προδιαγραφές παραγωγής βιολογικών προϊόντων. Στην συνέχεια αναλύονται θεωρητικά τα επιμέρους πεδία ενός σχεδίου μάρκετινγκ, παρουσιάζεται το περιβάλλον και ο κλάδος της βιολογικής παραγωγής στην Ελλάδα, παρουσιάζονται θεωρητικές αναλύσεις για την τμηματοποίηση και την συμπεριφορά του Έλληνα καταναλωτή απέναντι στα βιολογικά προϊόντα και τέλος γίνεται στοχευμένη θεωρητική ανάλυση των επιμέρους πολιτικών μάρκετινγκ: προϊόντος, διανομής, προβολής και τιμολόγησης (που αποτελούν βασικά πεδία ενός σχεδίου μάρκετινγκ). Το τρίτο κεφάλαιο, περιλαμβάνει τα ευρήματα της έρευνας αγοράς σε ένα δείγμα 200 καταναλωτών του νομού Ηλείας (δείγμα ποσοστών ελεγχόμενο και αναλογικό ως προς το φύλο και την ηλικία των καταναλωτών σε σχέση με το σύνολο του Νομού Ηλείας) σχετικά με την στάση τους απέναντι στα βιολογικά προϊόντα. Η έρευνα αγοράς βασίστηκε σε ένα ειδικά σχεδιασμένο ερωτηματολόγιο, το οποίο κάλυπτε τις πληροφοριακές ανάγκες για την εκπόνηση του σχεδίου μάρκετινγκ. Η μέθοδος συλλογής ήταν η προσωπική συνέντευξη. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της έρευνας αγοράς για κάθε μια μεταβλητή ξεχωριστά (μονομεταβλητή περιγραφική στατιστική) και επιλεγμένες διμεταβλητές συσχετίσεις. Στο τέταρτο κεφάλαιο χρησιμοποιούμε: (α) τα ευρήματα της έρευνας αγοράς στον νομό της Ηλείας και (β) τα δευτερογενή στοιχεία που συλλέχθηκαν, προκειμένου να παρουσιάσουμε το σχέδιο μάρκετινγκ, το οποίο όταν εφαρμοσθεί θα οδηγήσει στην βελτίωση της ανταγωνιστικότητας της Ηλείας, μέσω της αναβάθμισης και ανάδειξης του τουριστικού προϊόντος και της σύνδεσης του με τα πολιτιστικά και περιβαλλοντικά στοιχεία της περιοχής, καθώς και τα ιδιαίτερα τοπικά βιολογικά προϊόντα. Το σχέδιο μάρκετινγκ περιλαμβάνει συγκεκριμένες πολιτικές και ενέργειες που θα πρέπει να υλοποιηθούν ώστε να αναπτυχθούν με επιτυχία τα βιολογικά προϊόντα στην Ηλεία. Το πέμπτο κεφάλαιο περιλαμβάνει τα ευρήματα της έρευνας αγοράς (παρόμοια ανάλυση με το νομό Ηλείας) και ανάλυσης παραγόντων σε ένα δείγμα 1200 καταναλωτών στη νοτιοδυτική Ελλάδα (δείγμα ποσοστών αναλογικό ως προς το φύλο και την ηλικία των καταναλωτών σε σχέση με το σύνολο των κατοίκων της νοτιοδυτικής Ελλάδας και πιο συγκεκριμένα των περιοχών Μεσσηνίας, Ηλείας, Αχαΐας, Μεσολογγίου-Ναυπάκτου, Αγρινίου και Πρέβεζας, από κάθε μία περιοχή επιλέχτηκε δείγμα 200 καταναλωτών). Η έρευνα αγοράς και η ανάλυση παραγόντων βασίστηκε στο ίδιο ερωτηματολόγιο που χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα αγοράς του νομού Ηλείας, το οποίο είναι ειδικά διαμορφωμένο για να καλύπτει όλες τις πληροφοριακές ανάγκες για την εκπόνηση του σχεδίου μάρκετινγκ. Εκτός από την παρουσίαση των αποτελεσμάτων της έρευνας αγοράς για κάθε μεταβλητή ξεχωριστά (θα γίνει παρόμοια ανάλυση με αυτή του νομού Ηλείας), στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και αναλύονται οι παράγοντες που δημιουργούνται και προτείνονται οι καταλληλότερες στρατηγικές μάρκετινγκ για την αύξηση της ζήτησης και κατανάλωσης βιολογικών προϊόντων για κάθε ένα από τους σημαντικότερους παράγοντες που προέκυψαν, αλλά και γενικότερα για όλους τους καταναλωτές της νοτιοδυτικής Ελλάδας. Κλείνοντας, στο έκτο κεφάλαιο παρατίθενται συμπερασματικά τα σημαντικότερα ευρήματα της έρευνας αγοράς, αλλά και του προτεινόμενου σχεδίου μάρκετινγκ (τόσο για την Ηλεία όσο και για την ευρύτερη νοτιοδυτική Ελλάδα). Tέλος, παρουσιάζονται συγκεκριμένες προτάσεις για την ανάπτυξη των βιολογικών προϊόντων στο νομό Ηλείας, αλλά και στην ευρύτερη περιοχή της νοτιοδυτικής Ελλάδας. / This dissertation concerns the elaboration of a marketing project (marketing plan), which aims at the market development (expansion) and marketing of organic products in the prefecture of Elia (in Peloponnese - Southwest Greece). The main source of information for the development of this marketing plan lies on the conduct of a market survey in the county of Elia, in order to diagnose the consumer’s attitude towards the organic products, and to interpret their behavior (selection criteria, frequency of use, type and quantities selected etc.) as well as the combined collection of other secondary data concerning the general environment (cultural, tourist infrastructure of the region, land morphology, climate, demographic and economic data of the county etc.). The secondary data combined with the findings of the market research (primary data) are used to accurately determine the target group of the biological products, to choose the appropriate price level, to design the promotional mix and to select the most effective distribution channels, thus achieving cooperation with tourist accommodations, catering facilities and cultural sites. Therefore, the main objective of this study is to increase the competitiveness of the organic market to the aforesaid prefecture, through the upgrading and enhancement of the tourist product in addition to its connection with the cultural and environmental assets of the region, as well as with the particular local organic products. Moreover, in this dissertation a market research was conducted (similar to the one conducted in Elia prefecture) and factor analysis in the broad area of southwestern Greece and more specifically in the areas Messenia, Elis, Achaia, Missolonghi - Nafpaktos, Agrinio and Preveza. Here, also, the main objective is to investigate the consumers’ behavior towards organic products. Concerning the factor analysis this refers to the grouping of a large number of variables that are highly correlated with each other. Through the factors’ creation and the market research, we seek to detect the fundamental consumers’ characteristics, which will afterwards be used for the shaping of the profile of every group of people who consume organic products, aiming to construct the most appropriate guide of these products for the consumers living in the southwest of Greece. Furthermore, we also seek a more general association of organic products to tourism and culture. The first chapter defines the marketing, the basic concepts and its utility. Then there is determined what the contribution of the study will be to the social and business world throughout the southwestern Greece and especially to the consumers of Elia, organic farmers, owners of tourist accommodation and catering units. Finally, it outlines the research methodology (detailed presentation made in Chapter 3) and the difficulties (research restrictions) presented up to its completion. The second chapter describes the historical development of organic farming, the differences between conventional and organic farming, the definition and standards for organic production. Then the individual fields of a marketing plan are theoretically analyzed, the environment and the industry of organic production in Greece are presented as well as the theoretical analyses concerning the segmentation and behavior of Greek consumers towards organic products; finally, another theoretical analysis concerning the individual strategies of marketing is presented, which is related to: product, distribution, promotion and pricing (which constitute the key areas of a marketing plan). The third chapter contains the findings of the market survey in a sample of 200 consumers of Εlia (a sample rate controlled and proportionate to the gender and age of consumers in relation to all the residents of Εlia) about their attitudes towards organic products. The market research was based on a specially designed questionnaire, which covered the information needs for the development of the marketing plan. The collection method was the personal interview. This chapter presents the results of market research for each variable separately (univariate descriptive statistics) plus selected bivariate correlations. In the fourth chapter we use: (a) the findings of a market research conducted in the prefecture of Elia and (b) secondary data collected in order to present the marketing plan, which, when implemented, will lead to an improved competitiveness in Elia, through the upgrading and enhancement of the tourism product and its connection with the cultural and environmental assets of the region, and especially local organic products. The marketing plan includes specific strategies and actions that should be implemented in order to successfully grow organic products in Elia. The fifth chapter contains the findings of a market research (a similar analysis to the one in Elia) and a factor analysis in a sample of 1,200 consumers in southwestern Greece (sample rates proportionate to the gender and age of consumers in relation to all the residents of southwestern Greece and more specifically the regions of: Messinia, Elia, Achaia, Mesolongi - Nafpaktos, Agrinio and Preveza- from each region a sample of 200 consumers was selected). The market research and factor analysis relied on the same questionnaire used for the market research in Elia, which is specially designed to meet all the information needs for the development of the marketing plan. In addition to presenting the results of the market research for each variable separately (there will be a similar analysis to that of Elia), this chapter also presents and analyzes the factors that are created and proposes the most appropriate marketing strategies for the increasing demand and consumption of organic products for each one of the major factors that emerged, and generally for all the consumers of southwestern Greece. Finally, the sixth chapter presents the conclusions in relation to the major findings of the market research, as well as specific recommendations for the development of organic products not only in the prefecture of Elia, but also in the wider region of southwestern Greece.

Στην παρούσα διατριβή μελετάται η ροή βιομαγνητικών ρευστών υπό την επίδραση μαγνητικού πεδίου. Ως βιομαγνητικό ορίζεται ένα ρευστό το οποίο υπάρχει σε έναν έμβιο οργανισμό και η ροή του επηρεάζεται πάντοτε από την παρουσία μαγνητικού πεδίου. Χαρακτηριστικό βιομαγνητικό ρευστό θεωρείται το αίμα και αυτό χρησιμοποιείται για να δωθούν τιμές στις παραμέτρους που εμφανίζονται στα προβλήματα που μελετώνται.... / - / The flow of biomagnetic fluids in the presence of an applied magnetic field is studied in the present thesis. As biomagnetic is defined a fluid that exists in a living creature (biofluid) and its flow is affected by the presence of a magnetic field. The most characteristic biofluid is the blood. The Newtonian viscous laminar incompressible blood flow is considered in the present thesis for the estimation of the parameters appearing in the problems under consideration. An introduction is made at the first chapter of the thesis concerning fundamental concepts of the magnetic fluids such as the magnetization and equilibrium flow. Experimental applications in the biomedicine are also given as well as the mathematical model describing the flow of biological fluids under the influence of an applied magnetic field. In order to investigate the effect of the magnetic field in the next three chapters basic flow problems of biomagnetic fluid (blood) are studied. In the second chapter the flow over a stretching sheet under the influence of an applied magnetic field is studied. The physical problem is described by a coupled system of non linear partial differential equations (pdes) with their appropriate boundary conditions. For the variation of the magnetization with the temperature and/or the magnetic field intensity two cases are considered (I and II). The arising system describing the physical problem is transformed into corresponding coupled systems of non linear ordinary differential equations (ods) after the introduction of proper non dimensional variables. For the numerical solution, finite differences are used for the case I, whereas a spectral method with Chebyshev polynomials is also used for the case II. It is apparent that the application of the magnetic field increases the skin friction and the pressure on the surface, whereas the heat transfer is reducing. A comparison is also made between the two numerical methods used in the case II. The efficiency and the accuracy of the spectral method over against the finite differences method are demonstrated. The superiority of the spectral method is apparent especially when high accuracy solution is desired. In the third chapter the fundamental problem of the biomagnetic fluid flow taking place in a rectangular duct under the influence of an applied magnetic field is studied. For the numerical solution of the problem, which is described by a coupled and non linear system of PDEs, with their appropriate boundary conditions, the stream function-vorticity formulation is adopted and the solution is obtained developing an efficient numerical technique based on the upwind finite differences joint with a line by line implicit method. Results concerning the velocity and temperature field, skin friction and rate of heat transfer indicate that the presence of magnetic field appreciable influence the flow field. The three dimensional, fully developed flow of a biomagnetic fluid in an impermeable rectangular duct under the influence of an applied magnetic field is numerically studied in the fourth chapter. The system of the partial differential equations, resulting after the introduction of appropriate non-dimensional variables, is solved applying an efficient numerical technique based on a pressure-linked pseudotransient method on a collocated grid. Results concerning the existence and the uniqueness of the solution are also given. The obtained results, for different values for the parameters entering into the problem under consideration, show that the flow is appreciably influenced by the presence of the magnetic field in the sense of reduction of the axial velocity and the formation of two vortices at the transverse plane. These first results indicate that the magnetic field significantly influences the blood flow and encourage further study in more complex geometries, oscillatory flow or including the non-Newtonian behaviour of blood in order to demonstrate applications in biomechanics and biomedicine.

Η λειτουργία του εγκεφάλου βασίζεται στο σύνολο της ηλεκτροχημικής δραστηριότητας των νευρώνων, που αποτελούν το δομικό λίθο του νευρικού συστήματος. Η καταγραφή των βιολογικών σημάτων, ή βιοσημάτων, τα οποία προκύπτουν από την ηλεκτρική δραστηριότητα των νευρώνων του εγκεφάλου, αποτελούν το αντικείμενο της Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας, η οποία είναι μια μη επεμβατική μέθοδος καταγραφής του παραγόμενου, από τον εγκέφαλο, ηλεκτρικού πεδίου. Η πρώτη επιτυχημένη καταγραφή βιοδυναμικών του ανθρώπινου εγκεφάλου αποδίδεται στο Γερμανό φυσιολόγο Hans Berger, ο οποίος στα τέλη της δεκαετίας του 1930, πραγματοποίησε για πρώτη φορά τη μέτρηση διαφορών δυναμικού από την επιφάνεια του κεφαλιού. Σήμερα, το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (ΗΕΓ) αποτελεί μια ευρέως διαδεδομένη τεχνική κλινικής εξέτασης που χρησιμοποιείται με κύριο σκοπό τη διάγνωση. Στην παρούσα εργασία περιγράφεται η λειτουργία του νευρικού συστήματος, ενώ παρατίθενται στοιχεία ανατομίας του εγκεφάλου. Ακόμα, αναλύεται η φύση και τα χαρακτηριστικά των βιοσημάτων, που λαμβάνονται από την εξωτερική δερματική επιφάνεια του κεφαλιού, ενώ παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας, ο τρόπος καταγραφής και τα κυριότερα χαρακτηριστικά του σήματος του ΗΕΓ. Εν συνεχεία, περιγράφεται η καταγραφή Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, που έγινε με τη χρήση του συστήματος MP150 της Biopac. Ο MP150, σε συνδυασμό με το γραφικό περιβάλλον του Acqknowledge 3.8.2 αποτελεί ένα πλήρες σύγχρονο σύστημα καταγραφής πολλών ειδών βιοδυναμικών από διαφορετικές περιοχές του ανθρώπινου σώματος. Αξιοποιώντας τις δυνατότητες του συστήματος αυτού, καταφέραμε να καταγράψουμε και να παρατηρήσουμε τη ρυθμική δραστηριότητα του εγκεφάλου. Επίσης, γίνεται αναφορά στα σημαντικότερα πακέτα εργαλείων του Matlab, που έχουν σαν αντικείμενο την ανάλυση του Ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος, ενώ επιχειρείται η περαιτέρω επεξεργασία του σήματος που καταγράφηκε, με τη χρήση ενός από αυτά (eeglab). Επιπλέον, στην εργασία αυτή παρουσιάζονται τα κυριότερα χαρακτηριστικά κάποιων από τις σημαντικότερες μεθόδους ανάλυσης του σήματος που προκύπτει από το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα, ενώ παράλληλα γίνεται μια προσπάθεια σύγκρισης των δυνατοτήτων τους, με σκοπό την εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων που μπορούν να αξιοποιηθούν σε επόμενες μελέτες. / The entire function of the human brain is based on the electrochemical activity of the neurons, which form the whole nervous system. The recording of the biological signals resulting from the electrical activity of the brain forms the content of Electroencephalography, which is a non invasive method of recording the electric field produced in the human brain. The first successful recording of human brain’s biodynamics was made by German physiologist Hans Berger, who was the first to measure the electrical potential difference on the human head. Nowadays, Electroencephalography (EEG) is a very common clinical examination technique, which is used for the purpose of diagnosis. One of the objects of the present thesis is the description of the nervous system function, while there are some basic elements of the human brain’s anatomy. There is a brief analysis of the nature and features of the biological signals produced by the brain, as well as a presentation of the basic principles of the Electroencephalography. In addition, there is a description of the recording of the EEG signal, which was made with the use of Biopac MP150 system. MP150 and its graphic interface Acqknowledge 3.8.2 form a complete modern data acquisition system, which offers the possibility to record biodynamics from different parts of the human body. Making use of the Biopac system, we were able to record and analyze the brain rhythmic activity. Moreover, the most common Matlab toolboxes that are used for EEG signal processing are presented, while a further analysis of our EEG signal was attempted through eeglab. Furthermore, in the present thesis, the basic features of some of the most important methods of EEG signal analysis are presented. This quite extended presentation is made in order to be used as information for future study and research on EEG signal analysis. Key words: nervous system, biological signals, Electroencephalography, MP150, Acqknowledge, Matlab toolboxes, eeglab, signal analysis

The scope of this work is the theoretical and computational modeling of the interaction between a Newtonian fluid and a cellular biological medium attached on the surface of a vessel. First and foremost, an extensive and comprehensive review is presented with regard to the available approaches for modeling momentum transfer within cellular biological media, including single-scale-single-phase approaches, Biot's poroelasticity, mixture theory, upscaling methods and multiscale computational equation free methods. Thereafter, at the cellular biological medium level, a theoretical model is developed for the description of momentum transfer within a poroelastic biomaterial, taking into account the interaction between the extracellular fluid and the solid skeleton that consists of cells and extracellular matrix (ECM). A continuum based formulation of momentum transport in a fluid-solid system at the finer spatial scale is used as starting point, and then the method of local spatial averaging with a weight function is implemented in order to establish the partial differential equations that describe the dynamics of fluid flow and matrix deformation at the coarser (macroscopic) spatial scale. In the special case of a homogeneous medium and under certain other conditions, the derived equations become similar to those which are postulated in the theory of interacting continua (mixture theory) and Biot's theory of poroelasticity. At the vessel level, the contribution of this work is twofold. First, a benchmark problem is developed for the validation of numerical methods used to solve problems that involve interactions between a fluid and a poroelastic material. Specifically, an analytical solution is developed for the problem of plane Couette-Poiseuille flow past a poroelastic layer. Second, a computational study is performed for plane Poiseuille flow past and through a semi-elliptical poroelastic biomaterial, which is attached to the surface of a straight vessel. Fluid flow in the clear fluid region is described by the Navier-Stokes equations, and momentum transfer within the biomaterial is described by the upscaled biphasic equations established in this work. The effect of the Reynolds and Darcy number that characterize the flow past and through the biomaterial, respectively, is investigated for obstacles with different configuration with respect to flow (semicircle, oblate semi-ellipse, prolate semi-ellipse). The distribution of the von Mises stress within the biomaterial is determined and, also, the drag and lift forces exerted by the fluid on the biomaterial are calculated. / Στόχος της παρούσας εργασίας είναι η θεωρητική και υπολογιστική μοντελοποίηση της αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός Νευτώνειου ρευστού και ενός κυτταρικού βιολογικού υλικού το οποίο βρίσκεται προσκολημμένο στην επιφάνεια ενός αγγείου. Αρχικά παρουσιάζεται μια εκτεταμένη και περιεκτική ανασκόπηση των διαθέσιμων προσεγγίσεων για τη μοντελοποίηση της μεταφοράς ορμής σε κυτταρικά βιολογικά υλικά, συμπεριλαμβανομένων των προσεγγίσεων μιας κλίμακας και μιας φάσης, της θεωρίας ποροελαστικότητας του Biot, της θεωρίας αλληλεπιδρώντων συνεχών, των τεχνικών αλλαγής κλίμακας προς τα άνω, και τέλος, των υπολογιστικών τεχνικών πολλαπλών κλιμάκων χωρις τον ορισμό καταστατικών εξισώσεων. Στην συνέχεια, στο επίπεδο του κυτταρικού βιολογικού υλικού, αναπτύσεται ένα θεωρητικό μοντέλο για την περιγραφή της μεταφοράς ορμής εντός ενός ποροελαστικού υλικού, λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση μεταξύ του εξωκυτταρικού ρευστού και της στερεής μήτρας που αποτελείται από τα κύτταρα και το δίκτυο εξωκυτταρικών πολυμερών. Ως σημείο εκκίνησης στην μικρότερη κλίμακα παρατήρησης, χρησιμοποιείται μια περιγραφή της μεταφοράς ορμής που βασίζεται σε ένα συνεχές μοντέλο και έπειτα εφαρμόζεται η μέθοδος χωρικής στάθμισης μέσω συνάρτησης βάρους προκειμένου να εξαχθούν οι μερικές διαφορικές εξισώσεις που περιγράφουν την δυναμική της ροής του εξωκυτταρικού ρευστού και της παραμόρφωσης της στερεής μήτρας στην μακροσκοπική κλίμακα. Για την ειδική περίπτωση ενός ομογενούς μέσου και υπό την ισχύ ορισμένων πρόσθετων συνθηκών, οι εξαχθείσες εξισώσεις λαμβάνουν μορφή παρόμοια με αυτή των αντίστοιχων εξισώσεων οι οποίες ισχύουν στην θεωρία αλληλεπιδρώντων συνεχών καθώς και στην θεωρία ποροελαστικότητας του Biot. Στο επίπεδο του αγγείου, η συνεισφορά της παρούσας εργασίας λαμβάνει χώρα σε δύο άξονες. Κατά πρώτον, αναπτύσσεται ένα πρότυπο πρόβλημα το οποίο μπορεί να χρησιμεύσει για την επαλήθευση αριθμητικών μεθόδων που χρησιμοποιούνται για την επίλυση προβλημάτων στα οποία ενέχεται η αλληλεπίδραση ενός ρευστού με ένα ποροελαστικό υλικό. Συγκεκριμένα, εξάγεται μια αναλυτική λύση σε κλειστή μορφή για το πρόβλημα της επίπεδης ροής Couette-Poiseuille μέσα και γύρω από ένα ποροελαστικό στρώμα. Κατά δεύτερον, διεξάγεται μια υπολογιστική μελέτη της επίπεδης ροής Poiseuille μέσα και γύρω από ένα ημιελλειπτικό ποροελαστικό βιολογικό υλικό, το οποίο βρίσκεται προσκολημμένο στην επιφάνεια ενός ευθύγραμμου αγγείου. Στην περιοχή καθαρού ρευστού, η ροή περιγράφεται από τις εξισώσεις Navier-Stokes , ενώ η μεταφορά ορμής εντός του βιολογικού υλικού περιγράφεται με τις εξισώσεις που εξήχθησαν σε αυτή την εργασία μέσω της μεθόδου χωρικής στάθμισης. Η επίδραση των αριθμών Reynolds και Darcy, οι οποίοι χαρακτηρίζουν τη ροή γύρω και μέσα από το βιολογικό υλικό αντίστοιχα, διερευνάται για εμπόδια με διάφορες γωμετρικές διαμορφώσεις (ημικύκλιο, και ημιέλλειψη). Προσδιορίζεται η χωρική κατανομή της τάσης von Mises εντός του βιολογικού υλικού και, επιπρόσθετα, υπολογίζονται η οπισθέλκουσα και η ανυψωτική δύναμη που ασκούνται από το ρευστό στο υλικό.