Η παρούσα διπλωματική ασχολείται με την πλοήγηση κινούμενου ρομπότ. Δεδομένου ενός χώρου με εμπόδια και στόχο, ασχολείται με την δημιουργία ενός αλγορίθμου για την οδήγηση του ρομπότ διαμέσου του χώρου στο στόχο, αποφεύγοντας τα εμπόδια κατά την κίνηση. Επικεντρώνεται σε δίτροχα ρομπότ και αναλύει βήμα βήμα την διαδικασία εύρεση μονοπατιού, δημιουργία τροχιάς και έλεγχο του ρομπότ. / The present thesis deals with the navigation of moving robots. Granted an area with obstacles and target, it deals with the creation of an algorithm for guiding the robot through space at target, avoiding obstacles during movement. It focuses on two-wheeled robots and analyzes step by step the process of finding a path, creating the trajectory and controlling the robot.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η ανάπτυξη και η εφαρμογή εξελιγμένων αλγορίθμων ανάλυσης ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος ηρεμίας (rest EEG) και προκλητών δυναμικών (ERP) για την εξαγωγή νευροφυσιολογικών συμπερασμάτων σχετικά με νευρολογικές/ψυχιατρικές ασθένειες. Οι τεχνικές που αναπτύσσονται εφαρμόζονται τόσο σε συνθετικά σήματα όσο και σε πραγματικά σήματα μαρτύρων και ατόμων με δυσλεξία, που υποβάλλονται στην ακουστική δοκιμασία Wechsler. Αρχικά μελετούνται τα συμβατικά χαρακτηριστικά προκλητών δυναμικών που αποτελούνται από τα πλάτη των κορυφώσεων και τους λανθάνοντες χρόνους πραγματοποίησής τους μετά το ερέθισμα. Μέσω στατιστικών αναλύσεων αναδεικνύεται ότι τα άτομα με δυσλεξία παρουσιάζουν σημαντικά μικρότερο πλάτος κορύφωσης N100 το οποίο μάλιστα συσχετίζεται με την απόδοση μνήμης. Επίσης, ο προσυνειδητός χρόνος απόκρισης στα ηχητικά ερεθίσματα παρουσιάζεται σε συγκεκριμένα ηλεκτρόδια σημαντικά παρατεταμένος σε άτομα με δυσλεξία. Οι ενεργειακές διαφοροποιήσεις στα φάσματα EEG/ERP προσφέρουν σημαντική πληροφορία σχετικά με το βαθμό ενεργοποίησης των διαφόρων περιοχών του εγκεφάλου. Η ανάλυση ενεργειακών διαφοροποιήσεων πραγματοποιείται στο πεδίο χρόνου-συχνότητας, αναδεικνύοντας χρονικές μεταβολές του φασματικού περιεχομένου. Στο πλαίσιο αυτό, αξιολογούνται συγκριτικά τεχνικές αναπαράστασης χρόνου-συχνότητας τόσο δεύτερης τάξης όσο και προσαρμοστικές. Ο αλγόριθμος matching pursuit αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποτελεσματικός στη μείωση των διαγώνιων όρων και στην ανάδειξη ενεργειακών κορυφών. Για τη στατιστική αποτίμηση των ενεργειακών διαφορών στις ζώνες συχνοτήτων δ (0-4 Hz), θ (5-7 Hz), α (8-13 Hz), β (14-30 Hz), προτείνεται μεθοδολογία βασισμένη στο συνδυασμό μεθόδων κανονικοποίησης και διόρθωσης πολλαπλών συγκρίσεων. Η ύπαρξη σημαντικών ενεργειακών διαφοροποιήσεων ενδεχόμενα είναι απόρροια του διαφορετικού τρόπου λειτουργικής συνδεσιμότητας μεταξύ των δύο μελετούμενων ομάδων (μαρτύρων, ατόμων με δυσλεξία). Για το σκοπό αυτό, υπολογίζονται μεγέθη συνδεσιμότητας και αιτιότητας μεταξύ ηλεκτροεγκεφαλογραφικών καταγραφών, με χρήση του μοντέλου πολλαπλής παλινδρόμησης σε συνδυασμό με τις μεθόδους εκτίμησης Yule-Walker, Burg και Least Squares, καταδεικνύοντας την ανωτερότητα των δύο τελευταίων όσον αφορά στην ακρίβεια πρόβλεψης. Μετά από εκτεταμένη συγκριτική αξιολόγηση των μεγεθών αιτιότητας, προτείνεται ένα νέο μέγεθος ανάδειξης των άμεσων ροών δραστηριότητας, το οποίο βασίζεται στο συνδυασμό της μη κανονικοποιημένης κατευθυνόμενης συνάρτησης μεταφοράς και της μερικής κατευθυνόμενης συμφωνίας. Το μέγεθος αυτό αποδεικνύεται ιδιαίτερα αποδοτικό στη μείωση ψευδών ή μη άμεσων ροών και παρουσιάζει φασματικές ιδιότητες παρόμοιες με αυτές των εμπλεκόμενων κυματομορφών. Η εφαρμογή του σε ηλεκτροεγκεφαλογράφημα ηρεμίας, όπου ικανοποιείται η συνθήκη στασιμότητας, οδηγεί στην ανάδειξη διαφοροποιήσεων σε συγκεκριμένες ροές δραστηριότητας. Στην περίπτωση μη στάσιμων χρονοσειρών, όπως είναι τα προκλητά δυναμικά, χρησιμοποιείται δυναμικό μοντέλο πολλαπλής παλινδρόμησης για την εκτίμηση των μεγεθών σύζευξης. Μελετάται η ικανότητας αναπαράστασης γρήγορα μεταβαλλόμενων αιτιακών σχέσεων, με χρήση τόσο της προσέγγισης μικρού χρονικού παραθύρου όσο και προσαρμοζόμενων φίλτρων Kalman. Η μελέτη περιλαμβάνει την επίδραση του επιπέδου θορύβου, του συντελεστή προσαρμογής και της χρονικής μεταβολής των συνδέσεων του προτύπου συνδεσιμότητας. Το φίλτρο Kalman αποδεικνύεται ιδιαίτερα ακριβές στην εκτίμηση της χρονικής εξέλιξης των συντελεστών του μοντέλου τόσο σε συνθετικά όσο και σε πραγματικά ηλεκτροεγκεφαλογραφικά δεδομένα. Επιπλέον, μελετήθηκε η προβλεψιμότητα/πολυπλοκότητα των χρονοσειρών, με χρήση μεγεθών φασματικής και προσεγγιστικής εντροπίας. Η φασματική εντροπία και οι παραλλαγές της αποτελούν μεγέθη που αναδεικνύουν τη φασματική πολυπλοκότητα μιας χρονοσειράς και σχετίζονται με φαινόμενα συγχρονισμού και επικράτησης συγκεκριμένων ζωνών συχνοτήτων. Επειδή χρειάζεται να μελετηθεί η χρονική εξέλιξη της πολυπλοκότητας αυτής, τα μεγέθη αυτά υπολογίζονται τόσο με χρήση μετασχηματισμού κυματιδίου όσο και με χρήση βέλτιστου πυρήνα, καταδεικνύοντας την ανωτερότητα του τελευταίου στο διαχωρισμό μεταξύ των δύο ομάδων (μαρτύρων, ατόμων με δυσλεξία). Η αναπαράσταση με χρήση βέλτιστου πυρήνα επιτρέπει την προσαρμογή του πυρήνα σε κάθε υπό ανάλυση σήμα, κάτι το οποίο έχει ιδιαίτερη σημασία σε περιπτώσεις που παρατηρείται έντονη διακύμανση μεταξύ των καταγραφών. Τέλος, μέσω της προσεγγιστικής εντροπίας μελετάται η ύπαρξη όμοιων προτύπων παρατηρήσεων κατά μήκος των χρονοσειρών τόσο σε συγκεκριμένα ηλεκτρόδια όσο και μεταξύ ηλεκτροδίων. Οι μέθοδοι που παρουσιάζονται στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής συμβάλλουν στην πιο αντικειμενική και αξιόπιστη μελέτη συγχρονισμού, αιτιακών σχέσεων και πολυπλοκότητας κατά την ανάλυση ηλεκτροεγκεφαλογραφικών καταγραφών. / The purpose of the present Ph.D. thesis is to develop and apply advanced algorithms for EEG/ERP signal analysis in order to study neurophysiological alterations associated with dyslexia. The used methods aim at a reliable analysis of synchronization, causal connectivity and complexity of EEG/ERP signals and are evaluated on both synthetic and real EEG/ERP signals of dyslexics and controls, acquired during Wechsler auditory test. First, the conventional components of ERP waveforms (peak amplitudes, latencies) are studied. Statistical analysis points out that dyslexics’ signals present significantly lower N100 amplitudes which are known to be associated with memory performance. An important parameter in dyslexia is the pre-attentive reaction time to auditory stimuli which is reflected through P50 latency and is found to be significantly prolonged at specific electrodes. Energy differentiations in time-frequency between the two groups (dyslexics and controls) are examined, enabling study of the temporal changes of ERP content. Various second order and adaptive time-frequency methods are comparatively assessed in terms of their accuracy in representing temporally changing spectra. Matching pursuit is proved to be quite effective in cross terms suppression and representation of energy peaks. Significant energy differentiations at delta (0-4 Hz), theta (5-7 Hz), alpha (8-13 Hz) and beta (14-30 Hz) frequency bands are detected, through a methodology of statistical evaluation based on normalization and multiple comparisons correction methods. The presence of significant energy differentiations may be the result of differing functional connectivity patterns between the two groups (controls, dyslexics). In order to study causal connectivity patterns, the multivariate autoregressive model is estimated using the Yule-Walker, Burg and Least Squares methods, with Burg and Least Squares proved to provide superior performance in terms of prediction error. A new measure for the estimation of direct causal interactions is proposed, which is based on the combination of the full frequency directed transfer function and the partial directed coherence, exhibiting spectral properties similar with those of the involved signals, and increased efficiency in suppressing false and non direct flows. Study of rest EEG connectivity patterns, by means of the new connectivity measure, revealed differentiations in specific activity flows between the two groups under study (controls and dyslexics). In order to calculate coupling measures of non-stationary signals, like ERP, the dynamic autoregressive model is used and its ability to accurately represent rapid changes of causal interactions is assessed using short window and adaptive Kalman filter approaches. The superiority of the Kalman filter approach in terms of the accuracy provided in the estimation of the model’s autoregressive parameters is demonstrated on both synthetic and real EEG/ERP signals. Furthermore, the predictability/complexity of EEG/ERP time-series of dyslexics versus controls was studied, using measures of spectral and approximate entropy. Spectral entropy and its modifications quantify the spectral complexity of time-series and are related with synchronization and dominance of specific frequency bands. In order to study the temporal evolution of signals’ spectral complexity, wavelet transform and optimal kernel approaches were used, and the superiority of the latter concerning its ability to discriminate the two groups was demonstrated. The representation through optimal kernel permits the adjustment to each analyzed signal, a property that is quite important in analyzing data characterized by intense variability. Finally, through approximate entropy, the presence of differentiations in predictability of EEG time series related with single electrodes or pairs of electrodes is studied, demonstrating that dyslexics’ signals are characterized by more predictable patterns.

Στην παρούσα εργασία μελετάμε τη μοντελοποίηση του υποθαλαμικού πυρήνα των βασικών γαγγλίων με χρήση του μαθηματικού νευρωνικού μοντέλου Izhikevich. Βάση της μελέτης μας αποτελούν μικροηλεκτροδιακές καταγραφές, που έχουν ληφθεί κατά τη διάρκεια νευροχειρουργικών επεμβάσεων εν τω βάθει εγκεφαλικής διέγερσης, για τη συμπτωματική θεραπεία της νόσου Πάρκινσον. Θα ξεκινήσουμε με μια εισαγωγή στην φυσιολογία του νευρικού κυττάρου και στην ανατομία των βασικών γαγγλίων. Θα αναλύσουμε τα βασικά ποιοτικά μοντέλα που ερμηνεύουν τη συμμετοχή των τελευταίων σε κινητικές διεργασίες, αλλά και την εμπλοκή τους στη νόσο Πάρκινσον. Μετά από μια σύντομη αναφορά στη μέθοδο της εν τω βάθει διέγερσης και στις μικροηλεκτροδιακές καταγραφές, θα εστιάσουμε στα δυναμικά τοπικού πεδίου και στη νευροφυσιολογική σημασία τους. Συνεχίζοντας, θα κάνουμε μια περιεκτική ανασκόπηση των βασικότερων μαθηματικών μοντέλων νευρώνων και ύστερα θα επικεντρωθούμε στον υποθαλαμικό πυρήνα, περιγράφοντας δύο πρόσφατα μοντέλα που έχουν κατασκευαστεί για την προσομοίωση των νευρώνων αυτού. Έπειτα, θα περάσουμε στην περιγραφή του μοντέλου Izhikevich και στην τροποποίησή του για την αναπαραγωγή των χαρακτηριστικών του νευρώνα του υποθαλαμικού πυρήνα. Κατόπιν, θα αναλύσουμε τη μεθοδολογία που ακολουθήσαμε στην παρούσα υλοποίηση και τις βασικές θεωρήσεις της μοντελοποίησης μας. Θα ολοκληρώσουμε με την παρουσίαση των αποτελεσμάτων, το σχολιασμό αυτών και τις ιδέες για μελλοντική επέκταση της μεθόδου μας. / The main objective of this MSc thesis is the study of subthalamic nucleus, by using the Izhikevich neuron model. Microelectrode recordings, taken during deep brain stimulation operations for Parkinson’s disease, have been used for that purpose. In chapters 1-2, there is an introduction to the physiology of the neuron and the basal ganglia anatomy. In the two following chapters, we are analyzing the basic qualitative models that describe the involvement of the basal ganglia in movements and the pathophysiology of Parkinson’s disease. We are briefly discussing the method of deep brain stimulation, microelectrode recordings processing and the extraction of local field potentials. In chapter 5, the basic mathematical neuron models are discussed. We are focusing on the subthalamic nucleus and we are describing two recently developed mathematical models of the subthalamic neuron. In chapter 6, we are outlining Izhikevich neuron model and its modification in order to describe the subthalamic neuron. In addition, we are analyzing the methodology developed for the implementation of the modeling process and our basic considerations. In chapter 7, the results of the simulation are presented and discussed, so that our conclusions provide ideas for further research.

Η τοπολογική ταξινόμηση και μελέτη διανυσματικών πεδίων αποτελεί το κύριο θέμα αυτής της διατριβής. Στο Κεφάλαιο 1 δίνονται οι απαραίτητοι ορισμοί, καθώς και τα αποτελέσματα επί της ταξινόμησης διανυσματικών πεδίων σε μονοδιάστατες και δισδιάτατες πολλαπλότητες. Στο Κεφάλαιο 2 τεχνικές της Θεωρίας Κόμβων χρησιμοποιούνται προκειμένου να μελετηθεί η τοπολογική δομή ορισμένων παράξενων ελκυστών που εμφανίζονται στη διεθνή βιβλιογραφία. Στο Κεφάλαιο 3 αναπτύσσεται μία μέθοδος η οποία επιτρέπει την ολική τοπολογική ταξινόμηση διανυσματικών πεδίων σε ευκλείδειους χώρους οποιασδήποτε διάστασης. Η μέθοδος αυτή έπειτα εφαρμόζεται στην ταξινόμηση διανυσματικών πεδίων του R^2 και του R^3. Στο Κεφάλαιο 4 μελετάται ένα διανυσματικό πεδίο του R^3 αμετάβλητο από την D_2 ομάδα. Δίνεται η ολική του μελέτη, για διάφορες τιμές των παραμέτρων, και το μερικό του διάγραμμα διακλάδωσης. Αποδεικνύεται η ύπαρξη χάους και συνδέεται με τις συμμετρικές ιδιότητες του συστήματος, ενώ η μελέτη ολοκληρώνεται με τη συμπεριφορά του συστήματος στο άπειρο. / The topological classification and study of vector fields is the subject of this thesis. In Chapter 1 the necessary definitions are given, along with the known results on the classification of vector fields on 1-dimensional and 2-dimensional manifolds. In Chapter 2 methods of Knot Theory are used for the clarification of the topological study of some strange attractors found in the bibliography. In Chapter 3 a technique is developed, which can be used to classify globally vector fields defined on Euclidean spaces of any dimension. This technique is then used to classify some vector fields of R^2 and R^3. In the final Chapter 4 a vector field of R^3 is studied which is invariant under the D_2 symmetry group. We present its global phase portrait, for various parameter values, and its partial bifurcation diagram. The existence of chaos is proven and its connection to the symmetry properties of the attractor is discussed. We end its study presenting its behavior at infinity.

H προβολή υποσυνείδητων μηνυμάτων είναι η διαδικασία έκθεσης ερεθισμάτων κάτω από το κατώφλι της συνειδητοποίησης. Με τον τρόπο αυτό μπορεί να επηρεαστούν οι σκέψεις, τα συναισθήματα και ενέργειες του ανθρώπου. Η υποσυνείδητη αντίληψη συμβαίνει όταν οι πληροφορίες αποθηκεύονται στο ανθρώπινο μυαλό, χωρίς ο δέκτης να έχει συνειδητά επίγνωση του προβλήματος. Οι πληροφορίες φτάνουν στο μυαλό, γιατί ενώ δεν είναι συνειδητά αντιληπτές, γίνονται αντιληπτές από το υποσυνείδητο κομμάτι του εγκεφάλου. Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η αποτίμηση των πιθανών διαφορών στις καταγραφές ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος (ΕΕG) και προκλητών δυναμικών (ERPs) κατά την υποβολή ενός ατόμου σε οπτικά υποσυνείδητα ερεθίσματα σε σύγκριση με καταγραφές χωρίς ερέθισμα. Στην εργασία χρησιμοποιήθηκε ένα ερευνητικό πρωτόκολλο το οποίο εξετάζει το πώς επηρεάζουν τα υποσυνείδητα ερεθίσματα τη λήψη αποφάσεων και την εγκεφαλική λειτουργία. Στο πρώτο μέρος της εργασίας (κεφάλαια 1 και 2) γίνεται μια συνοπτική αναφορά στις κυριότερες μεθόδους απεικόνισης εγκεφάλου, όπως το ηλεκτροεγκεφαλογράφημα και την λειτουργική απεικόνιση Μαγνητικού Συντονισμού καθώς και στον συνδυασμό τους για πιο ικανοποιητικά αποτελέσματα. Το κεφάλαιο 3 αναφέρεται κυρίως σε θέματα σχετικά τα προκλητά δυναμικά, καθώς και την υποσυνείδητη αντίληψη. Στο κεφάλαιο 4 περιγράφεται η πειραματική διαδικασία και η μετρητική διάταξη που χρησιμοποιήθηκε καθώς και η παρουσίαση της επεξεργασίας των μετρήσεων μέσω του eeglab. Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της επεξεργασίας σε διαγράμματα προκλητών δυναμικών και φασματικής ισχύος καθώς επίσης και τα συμπεράσματα της εργασίας αυτής. / The display of subliminal messages is the process of stimuli exposure below the threshold of awareness. Through this procedure the thoughts, feelings and actions of a human can be influenced. The subliminal perception occurs when information stored in the human mind without the receiver being consciously aware of it. The information reaching the brain is perceived by the subconscious part of the brain. The object of this diploma thesis is to assess the possible differences in electroencephalogram (EEG) and event - related potentials (ERPs) recordings during the presentation of visual subliminal stimuli compared to non – subliminal conditions. A protocol that examines how subliminal stimuli influence the decision making and the cerebral operation is used. In the first part of the thesis (chapters 1 and 2) there is a brief review of the main brain imaging methods such as EEG and fMRI as well as the combination of them. Chapter 3 reveals issues about event - related potentials and mostly about subliminal perception. In chapter 4, the experiment and the measuring devices used are described, and there is also a presentation of the analysis by using the eeglab. Finally, chapter 5 includes the results of analysis on event - related potential and spectral power graphs, as well as the conclusions of this work.

Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται Ατομιστικά Μοντέλα Διακριτών και Ενοποιημένων Ατόμων, τα οποία μπορούν να αποτελέσουν το πρώτο σημαντικό βήμα για τη μελέτη της βιολογικής μεμβράνης ή και ακόμα τη μελέτη συστημάτων μεμβρανών με πρωτεΐνες, σάκχαρα κ.α. Τέτοιες προσομοιώσεις θα μας δώσουν στοιχεία για μακροσκοπικές ιδιότητες της μεμβράνης (π.χ. διαχυτότητα) παρουσία συγκεκριμένων άλλων μακρομορίων. Αρχικά μελετάται σε ατομιστικό επίπεδο, με τα μοντέλα Διακριτών και Ενοποιημένων Ατόμων, τήγμα παλμιτικού οξέος (383Κ). Η καταλληλόλητα του νέου μοντέλου που εισήχθη για την περίπτωση των Ενοποιημένων Ατόμων εξετάζεται με βάση τις ιδιότητες διαμόρφωσης (λ.χ. κατανομές γωνιών) που εξάγονται από το μοντέλο Διακριτών Ατόμων. Στο μοντέλο Διακριτών Ατόμων χρησιμοποιήθηκε το αναλυτικότερο δυνατό δυναμικό (COMPASS). Τα αποτελέσματα ήταν άκρως ικανοποιητικά. Έχοντας ένα αξιόπιστο μοντέλο Ενοποιημένων Ατόμων προχωρήσαμε στο επόμενο βήμα. Επόμενο βήμα ήταν η μελέτη συστήματος παλμιτικού οξέος ανάμεσα από στρώμα νερού. Σημαντικό μειονέκτημα του μοντέλου Διακριτών Ατόμων για ένα τόσο μεγάλο σύστημα αποτελεί η περιορισμένη χρονική κλίμακα. Φαινόμενα σχηματισμού διπλοστοιβάδας παλμιτικού οξέος παρουσία νερού, είναι πολύ δύσκολο να μελετηθούν με χρήση μοντέλου Διακριτών Ατόμων λόγω των πολύ μικρών χρόνων που καλύπτουν. Επομένως, κρίνεται αναγκαία η χρήση μοντέλου Ενοποιημένων Ατόμων για το σύστημα PLM – νερό. Χρησιμοποιήσαμε το μοντέλο Ενοποιημένων Ατόμων που οι ίδιοι αναπτύξαμε, όπως και για την περίπτωση του τήγματος, για την περιγραφή του παλμιτικού οξέος, και το μοντέλο SPCE για το νερό, το οποίο είναι ευρέως αποδεκτό από την επιστημονική κοινότητα. Πέραν της σύγκρισης των μοντέλων Ενοποιημένων και Διακριτών Ατόμων που έγινε για το τήγμα του παλμιτικού οξέος, πραγματοποιήθηκαν και διάφοροι υπολογισμοί που αφορούν τη σταθεροποίηση του συστήματος (Autocorrelation faction of end-to-end distance vector), δομικές ιδιότητες (Radial Distribution Function), ιδιότητες διαμόρφωσης (angle distribution, radius of gyration, end-to-end distance vector) και θερμοδυναμικές ιδιότητες (density). Υπολογίστηκαν επίσης ο συντελεστής αυτοδιάχυσης (self diffusion coefficient) καθώς και το πλήθος δεσμών υδρογόνου. / This diploma thesis presents Atomistic Models of Discrete and Integrated atoms, which can be an important first step to study the biological membrane or even studying membrane systems with proteins, sugars, etc. Such simulations will give us data on macroscopic membrane properties (eg diffusivity) in the presence of certain other macromolecules. Initially we study melt palmitic acid (383K)in atomistic level. The suitability of the new model, introduced for the case of the Consolidated Atoms is examined by checking the configuration properties (eg angles distributions) derived from the model of Discrete Atoms. In the model of discrete atoms the disaggregated possible dynamic (COMPASS)was used. The results were highly satisfactory. Having a reliable model for Unified atoms we move to the next step. Next step was to study the system of palmitic acid between waterbed. Major drawback of the model of Discrete atoms for such a large system is the limited time scale. Phenomena of bilayer formation of palmitic acid in the presence of water is very difficult to be studied using discrete atoms model because of very short times covered. Therefore, it is necessary to use a model of integrated atoms for the system PLM - water. We used the model of Unified atoms we ourselves have developed, as in the case of the melt, for the description of palmitic acid, and the SPCE model for water, which is widely accepted by the scientific community. Beyond the comparison of models of integrated and discrete atoms made for the melt of palmitic acid, various calculations for the stabilisation the system (Autocorrelation faction of end-to-end distance vector), structural properties (Radial Distribution Function), properties configuration (angle distribution, radius of gyration, end-to-end distance vector) and thermodynamic properties (density)were made. The self-diffusion coefficient (self diffusion coefficient) and the number of hydrogen bonds were also calculated.

H TMS διακρίνεται έναντι άλλων εργαλείων απεικόνισης λόγω της ικανότητάς της να ενεργοποιεί νευρώνες σε επιλεγμένες φλοιϊκές περιοχές. Η παρούσα μελέτη προσπαθεί να διερευνήσει το νευροφυσιολογικό προφίλ της μυικής προκλητής απάντησης διάμεσου διακρανιακής μαγνητικής διέγερσης (TMS) σε ένα σεβαστό αριθμό ασθενών με σχιζοφρένεια υπό φαρμακευτική αγωγή. Σε 51 ασθενείς υπό φαρμακευτική αγωγή και διάγνωση σχιζοφρένειας και 51 υγιείς μάρτυρες απόλυτα σύμφωνους ως προς το φύλο, το ύψος και την ηλικία με τους ασθενείς που συμμετείχαν καταγράφηκαν κινητικά προκλητά δυναμικά (ΜΕΡ) από τον απαγωγό μυ του αντίχειρα μετά τον ερεθισμό του αντίπλευρου κινητικού φλοιού με ένα κυκλικό πηνίο. Μετρήθηκαν: w RMTh (resting motor threshold): Ο ουδός κινητικής ηρεμίας w SI-max (stimulus intensity for maximum MEP): Η ένταση ερεθίσματος που χρειάζεται για την καταγραφή του μέγιστου κινητικού προκλητού δυναμικού w Post-stimulus silent period: Την ανερέθιστη περίοδο που επάγεται μετά από ένα ερέθισμα που προκαλεί συγκεκριμένη μυική δραστηριότητα w MEP Latency: Λανθάνον χρόνος των κινητικών προκλητών δυναμικών MEP amplitude: Το εύρος των κινητικών προκλητών δυναμικών. Τα βασικά ευρήματα είναι η σαφώς υψηλότερη από τις φυσιολογικές τιμές, τιμή των RMTh και SI-max και τα δύο, ενδείξεις νευρωνικής ευοδωτικής δραστηριότητας στους ασθενείς σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Ειδικότερα στην ομάδα των ασθενών που βρίσκονται σε θεραπεία με ζιπρασιδόνη παρουσιάστηκε το υψηλότερο SI-max και στα δύο ημισφαίρια και το υψηλότερο RMTh στο αριστερό ημισφαίριο. Οι ασθενείς στην ομάδα που ελάμβαναν ολανζαπίνη παρουσίασαν το χαμηλότερο RMTh για το αριστερό ημισφαίριο και αυτοί σε θεραπεία με κουατιεπίινη παρουσίασαν τιμές ανάμεσα στις τιμές των δύο προηγούμενων ομάδων. Όταν χρησιμοποιήθηκε ένταση ερεθίσματος (SI) σχετικής τιμής με το RMTh, η ανερέθιστη περίοδος βρέθηκε μεγαλύτερη στους ασθενείς από ότι στους μάρτυρες ενώ δεν παρατηρήθηκε καμία διαφορά ανάμεσα στις δύο μεγάλες ομάδες ασθενών και μαρτύρων όταν χρησιμοποιήθηκε σταθερής έντασης ερέθισμα (SI). Συμπεράναμε, ότι οι αλλαγές στις παραμέτρους που μετρήθηκαν, μπορούν να εξηγηθούν από βασικές μεταβολές της ενδοφλοιϊκής ευοδωτικής κινητικής δραστηριότητας που ακολουθείται από διαφοροποιήσεις της φλοιϊκής αναστολής, οι οποίες μπορούν να αποδοθούν είτε στην σχιζοφρένεια είτε στην φαρμακευτική αγωγή ή στην αλληλεπίδρασή τους. / Trancranial magnetic stimulation (TMS) provides a non-invasive means for exploring physiological alterations of central motor control in a variety of neuropsychiatric diseases. The present study aimed to assess the neurophysiological profile of muscle evoked responses to a standard TMS procedure in a considerable number of medicated patients with schizophrenia. Fifty-one patients with diagnosis of schizophrenia and 51 sex- and age-matched healthy subjects were enrolled in the study. Motor evoked potential (MEP) from abductor pollicis brevis muscle was elicited by stimulation of the contralateral motor cortex with a circular coil. The hot-spot was marked. Were measured: ¨ the resting motor threshold (RMTh), ¨ the stimulus intensity for maximum MEP (SI-max), ¨ the post-stimulus silent period of voluntary muscle activity and ¨ MEP latency and amplitude. The main findings were the significantly higher than normal values for RMTh and SI-max, which are both indices of neuronal excitability. In particular, patients who had ziprasidone in their therapeutic regimen demonstrated the highest SI-max for both hemispheres and highest RMTh for left hemisphere, patients receiving olanzapine demonstrated the lowest RMTh for left hemisphere and those on quetiapine showed intermediate values. Silent period was longer in the patients as opposed to controls when a RMTh-related SI was used and did not differ between the two groups when a fixed SI was used. We concluded that the observed TMS changes could be interpreted by primary alterations of intracortical motor excitability followed by defects of cortical inhibition and should be attributed to schizophrenia, antipsychotic medication or the interaction between both factors.

Η σύγχρονη μελέτη της κεντρικής και αυτόνομης δραστηριότητας θεωρούνται χρήσιμες στην ανάδειξη της σχέσης των δύο συστημάτων και της φυγόκεντρου ανατροφοδότησης των περιφερικών αλλαγών. Στην εργασία αυτή διερευνώνται οι πιθανές σχέσεις μεταξύ κεντρικών και αυτόνομων απαντήσεων σε σωματαισθητικούς ερεθισμούς. Η ηλεκτροδερμική δραστηριότητα (ΗΔΑ) είναι δείκτης της αυτόνομης δραστηριότητας. Προκλητά δυναμικά και ΗΔΑ καταγράφονταν ταυτόχρονα έπειτα από μια σειρά ερεθισμών του μέσου νεύρου ,με τρείς διαφορετικές εντάσεις, σε έξι φυσιολογικά άτομα. Η χαμηλότερη ένταση ερεθισμού ρυθμίζονταν έτσι ώστε να μη γίνεται αντιληπτή από το άτομα. Τα επάρματα P40, P100, N200 και P300 των προκλητών δυναμικών εξήχθησαν από το καταγεγραμμένο σήμα. Μελετήσαμε το πλάτος και τον λανθάνοντα χρόνο και διερευνήσαμε την πιθανή συσχέτιση των μεγεθών αυτών της ΗΔΑ. Χρησιμοποιήσαμε την συνηθισμένη μέθοδο της μεσοποίησης (average), καθώς και την προσέγγιση των μοναδιαίων απαντήσεων, εξάγωντας τις απαντήσεις με την χρήση χωρικού φίλτρου. Το συμπαθητικό νευρικό σύστημα φαινόταν να απαντά ακόμα και σε ερεθισμούς μη αντιληπτούς από το υποκείμενο. Η φλοιική επεξεργασία των αντιληπτών και μη ερεθισμάτων όπως αποτυπώνονταν με τα επάρματα των προκλητών δυναμικών, φαίνεται να είναι όμοια και στις δύο περιπτώσεις κατά τη διάρκεια των πρώτων 40ms έπειτα από τον ερεθισμό, ενώ τα μακρά κύματα ήταν απόνατ στους μη αντιληπτούς ερεθισμούς. Τα πλάτη της ΗΔΑ και του P300 με την προσέγγιση των μοναδιαίων απαντήσεων παρουσίαζαν μια σημαντική θετική συσχέτιση. / Concurrent studies of central and autonomic activity are considered useful in elucidating the relationship between the two systems and indicating the centripetal feedback of peripheral changes. The SSR (sympathetic skin response) is one index of autonomic arousal. In our study we examine the possible relationships between central and autonomic responses to somatosensory stimuli. EPs (evoked potentials) and SSRs were simultaneously recorded during a series of electrical stimuli of median nerve in six normal adults using three different intensities of stimuli. The weakest of them was unperceived by subject. The P40, P100, N200 and P300 waves of EPs were extracted and their latencies and amplitudes were analysed in order to find correlations with those of the SSRs. We used the conventional method of signal averaging and the single trial (ST) approach, as the EP waves were subtracted by spatial filtering. Interestingly, sympathetic nervous system seemed to react even to stimuli unperceived by the subject. The cortical processing of consciously perceived and unperceived somatosensory stimuli as it was expressed by the evoked potentials seems to be identical during the first 40ms after the stimulus onset while later waves were absent for unperceived stimuli. SSR and P300 amplitude at the ST level had a positive correlation.

The last twenty years presented increased interest for the study of cerebral processes caused by external events (stimuli). One of the most significant endogenous components of Evoked Potentials is the P600 component. The P600 component may be defined as the most positive peak in the time window between 500 and 800 msec after an eliciting stimulus. This component is thought to reflect the response selection stage of information processing. P600 component is usually less pronounced compared to other components, such as the N100 or the P300. Frequently the P600 component appears as a not-easily discernible secondary peak overlying the ascending negative-going slope of the P300 waveform. In our study we used ERP data from various groups of patients and healthy controls. Patients were recruited from the outpatient university clinic of Eginition Hospital of the University of Athens. The controls were recruited from hospital staff and local volunteer groups. The aim of the study is the implementation of classification systems for these groups, using P600 features. This is usually not achieved well using as features the ERPs amplitude and latency. So for that reason, in our study, we want to extract new features using advanced techniques for processing the original ERPs, such as the Independent Component Analysis (ICA) method. However as a precursor of ICA, is considered the Principal Component Analysis (PCA) method, which we used for comparison reasons to ICA. In the application of ICA we achieve the decomposition of the recorded signals in ICs, supposing temporally independent components and propose ICs selection techniques in order to recompose the P600 component. The next stage was the use of a classification method based on the features extracted using the original data, data extracted through PCA processing and ICA-processed data. First we applied Kolmogorov-Smirnov test to check the normality of the distribution of the features, then we used the Logistic Regression method for classification and finally we have done two implementations of classification using Probabilistic Neural Networks. The first implementation was done with the creation of 15 features from the P600 peak amplitudes from the subjects’ data and the second implementation was done with the creation of four meta-features from the subjects’ P600 amplitude data. The results show that the application of ICA, combined with the logistic regression classification technique, provides notable improvement, compared to the classification performance based on the original ERPs. The main merit of the application is that classification is based on single parameters, i.e. amplitude of the P600 component, or its latency or its termination latency, which are directly related to the brain mechanisms related to ERP generation and pathological processes. / Τα τελευταία 20 χρόνια παρουσιάζεται αυξημένο ενδιαφέρον για την μελέτη εγκεφαλικών επεξεργασιών που προκλήθηκαν από εξωτερικά γεγονότα (ερέθισμα). Ένα από τα πιο σημαντικά ενδογενή συστατικά των Προκλητών Δυναμικών είναι το συστατικό P600. Το συστατικό P600 μπορεί να οριστεί σαν η πιο θετική αιχμή στο χρονικό διάστημα μεταξύ 500 και 800 msec μετά από ένα εκλυτικό ερέθισμα. Το συστατικό αυτό θεωρείται ότι απεικονίζει το στάδιο επιλογής απόκρισης της επεξεργασίας πληροφορίας. Το συστατικό P600 είναι συνήθως λιγότερο έντονο συγκρίνοντας το με άλλα συστατικά, όπως το N100 ή το P300. Συχνά το συστατικό P600 εμφανίζεται ως μια δυσδιάκριτη δεύτερη αιχμή, επικαλύπτοντας την ανοδική αρνητική κλίση της κυματομορφής του P300. Στη μελέτη μας χρησιμοποιήσαμε δεδομένα ΠΔ από ποικίλες ομάδες ασθενών και υγιών μαρτύρων. Οι ασθενείς συλλέχθησαν από τη πανεπιστημιακή κλινική του Αιγηνήτειου Νοσοκομείου του Πανεπιστημίου Αθηνών. Οι υγιείς συλλέχθησαν από το προσωπικό του νοσοκομείου και ομάδες εθελοντών. Ο σκοπός της μελέτης είναι η εφαρμογή συστημάτων ταξινόμησης για αυτές τις ομάδες, χρησιμοποιώντας χαρακτηριστικά του P600. Αυτό συνήθως δεν επιτυγχάνεται καλά χρησιμοποιώντας σαν χαρακτηριστικά το πλάτος και τον λανθάνοντα χρόνο των ΠΔ. Για αυτό το λόγο, στην μελέτη μας, θέλουμε να εξάγουμε νέα χαρακτηριστικά χρησιμοποιώντας προηγμένες τεχνικές για επεξεργασία των αρχικών ΠΔ, όπως τη μέθοδο Ανάλυσης Ανεξαρτήτων Συνιστωσών (ICA). Εντούτοις ως πρόδρομο της ICA, θεωρείται η μέθοδος Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (PCA), την οποία χρησιμοποιήσαμε για συγκριτικούς λόγους με την ICA. Στην εφαρμογή της ICA προχωρήσαμε στην αποσύνθεση των καταγραφόμενων σημάτων σε Ανεξάρτητες Συνιστώσες και διερευνήσαμε τρεις τεχνικές επιλογής ανεξαρτήτων συνιστωσών μέσω των οποίων επανασυνθέσαμε το συστατικό P600. Το επόμενο βήμα ήταν η χρήση μεθόδου ταξινόμησης βασισμένης στα χαρακτηριστικά που εξάχθηκαν χρησιμοποιώντας τα αρχικά δεδομένα, τα δεδομένα με επεξεργασία PCA και τα δεδομένα με επεξεργασία ICA. Πρώτα εφαρμόσαμε το τεστ Kolmogorov-Smirnov για τον έλεγχο της κανονικότητας της κατανομής των χαρακτηριστικών, μετά χρησιμοποιήσαμε τη μέθοδο Λογαριθμικής Παλινδρόμησης (Logistic Regression) για ταξινόμηση και τελικά πραγματοποιήσαμε δύο εφαρμογές ταξινόμησης χρησιμοποιώντας Πιθανοκρατικά Νευρωνικά Δίκτυα (Probabilistic Neural Networks). Η πρώτη εφαρμογή έγινε με την δημιουργία 15 χαρακτηριστικών από τα πλάτη των αιχμών του P600 από τα δεδομένα των ομάδων και η δεύτερη εφαρμογή έγινε με την δημιουργία τεσσάρων μετά-χαρακτηριστικών από τα δεδομένα των πλατών των ομάδων. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η εφαρμογή της ICA, συνδυασμένη με την τεχνική ταξινόμησης λογαριθμικής παλινδρόμησης, παρέχει αξιοσημείωτη βελτίωση, συγκριτικά με την απόδοση ταξινόμησης βάση των αρχικών ΠΔ. Η κύρια αξία της εφαρμογής είναι ότι η ταξινόμηση πετυχαίνει ποσοστά μεγαλύτερα του 80% βασιζόμενη σε μία μόνο κάθε φορά παράμετρο, π.χ. το πλάτος του συστατικού P600, ή τον λανθάνοντα χρόνο του ή τον λανθάνοντα χρόνο τερματισμού του, οι οποίες σχετίζονται άμεσα με τους μηχανισμούς του εγκεφάλου σχετικούς με την παραγωγή ΠΔ και τις παθολογικές διαδικασίες.

Σκοπός αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η εξαγωγή γνώσης και χρήσιμων συμπερασμάτων για το σχετικά αδιερεύνητο θέμα της διάγνωσης των μαθησιακών δυσκολιών. Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα καταγραφής ηλεκτροεγκεφαλογραφημάτων ηρεμίας και εγκεφαλικών προκλητών δυναμικών υγιών και ατόμων με μαθησιακές δυσκολίες, τα οποία συλλέχθηκαν στο εργαστήριο Ψυχοφυσιολογίας του Αιγινητείου Νοσοκομείου. Από την ανάλυση αυτών των σημάτων προσδιορίστηκαν παράμετροι (π.χ συγκεκριμένες κορυφώσεις) που διαφοροποιούν στατιστικά τα άτομα με μαθησιακές δυσκολίες σε σχέση με τους υγιείς. Παράλληλα, εξετάστηκαν παράμετροι από την κλασική θεωρία βιοσημάτων όπως η ενέργεια και οι χαρακτηριστικοί ρυθμοί. Τέλος, επιλύθηκε το αντίστροφο πρόβλημα της ηλεκτροεγκεφαλογραφίας ώστε να βρεθούν οι ρευματικές πηγές που προκαλούν τα αντίστοιχα σήματα στην επιφάνεια του κεφαλιού. Από τις πηγές αυτές επιδιώχθηκε ο προσδιορισμός περιοχών του εγκεφάλου που πιθανώς να είναι υπεύθυνες για την εμφάνιση μαθησιακών δυσκολιών. / The present thesis aims at the extraction of knowledge and useful conclusions for the relatively uninvestigated phenomenon of learning difficulties. Patients and healthy controls were evaluated by a computerized version of the digit span Wechsler test and EEG/ERP signals were recorded from 15 scalp electrodes based on the international 10-20 system of electroencephalography. The phenomenon was investigated via processing and analysis of EEG/ERP signals of healthy and persons with learning difficulties. Some features were extracted from these signals that statistically differentiate these two groups. Furthermore, features from classical theory of biosignals such as energy and characteristic rhythms were investigated. Finally, the so-called electroencephalography inverse problem was solved in order to define the internal current sources. The localization of such sources in the brain aimed at defining brain regions that are potentially responsible for learning difficulties.