11894 research outputs found
Sort by
Προσεγγίσεις βαθιάς μάθησης για τον διαχωρισμό πηγών και την καταγραφή Κρητικών χορευτικών μελωδιών
No full textΗ Αυτόματη Καταγραφή Μουσικής (AMT)αποτελεί μία σύνθετη και απαιτητική
διαδικασία, ιδιαιτέρως για μη-δυτικά είδη μουσικής. Παρά την ουσιαστική πρόοδο
που έχει σημειωθεί στον τομέα της Ανάκτησης Πληροφοριών Μουσικής (MIR), η
εξέλιξη στη καταγραφή της δυτικής μουσικής με τη χρήση μοντέλων Βαθιάς Μάθησης
(DL)δεν επεκτείνεται εύκολα σε λιγότερο γνωστά όργανα και παραδοσιακά μουσικά
είδη. Αυτό οφείλεται κυρίως στην έλλειψη εξειδικευμένων δεδομένων και φυσικά
στις πρακιτκές δυσκολίες που παρουσιάζει παραδοσιακή μουσική. Η παρούσα μελέτη
αντιμετωπίζει αυτές τις προκλήσεις, εστιάζοντας στη καταγραφή χορευτικών μελωδιών
κρητικής λύρας, με την εφαρμογή state-of-the-art τεχνικών Βαθιάς Μάθησης.
Βασιζόμενη στο σύνολο δεδομένων που εισηγαγε το SOUSTA Corpus (Holzapfel
& Benetos, 2016) και στην έρευνα καταγραφής που περιγράφει, η παρούσα εργασία
προτείνει ένα σύστημα δύο σταδίων για τη βελτίωση της ακρίβειας της AMT . Αρχικά, αναπτύσσεται ένα σύστημα Διαχωρισμού Μουσικών Πηγών (MSS) για την απομόνωση της λύρας από τα συνοδευτικά όργανα, συγκεκριμένα το λαούτο, το οποίο
είναι κρίσιμο για την ενίσχυση της τελικής ακρίβειας της καταγραφής. Τρία μοντέλα
MSS—MSK, UNMX και UNMX+— βασισμένα σε αρχιτεκτονικές BiLSTM, χρησιμοποιούνται για την επίτευξη της υψηλής ποιότητας διαχωρισμού της λύρας. Η απόδοσή τους αξιολογήθηκε με τη χρήση των συνηθέστερών MSS μετρικών διαχωρισμού,
όπως οι SI-SDR, SI-SAR και SI-SIR . Ο επιτυχής διαχωρισμός της λύρας διασφαλίζει ένα καθαρότερο input για το επόμενο στάδιο της καταγραφής, ενώ ταυτόχρονα
αποτελεί ένα ακριβές και αυτοτελές σύστημα διαχωρισμού.
Το δεύτερο στάδιο επικεντρώνεται στην καταγραφή, μέσω μοντέλων όπως τα CN,
CNi , και το εμπορικό προϊόν Logic Pro X (LXP) . Το μοντέλο CN , βασισμένο σε
ένα pretrained CNN μονοφωνικό εκτιμητή θεμελειώδους συχνότητας (CREPE) και
έναν αλγόριθμο τμηματοποίησης μονόφωνων νοτών, παρουσιάζει την καλύτερη συνολική απόδοση. Το μοντέλο CNi , το οποίο εκμεταλλεύεται το πιο σύγχρονο fcnf0++
για την μονοφωνική εκτίμηση θεμελειώδους συχνότητας, εκπαιδεύτηκε με τη χρήση
cross-validation για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης στο διαθέσιμο σύνολο δεδομένων. Αυτή η μέθοδος υποδηλώνει ότι περαιτέρω εκπαίδευση σε ένα μεγαλύτερο και
πιο ολοκληρωμένο σύνολο δεδομένων θα μπορούσε να οδηγήσει σε ακόμη καλύτερες
εκτιμήσεις και άρα συνολική ακρίβεια καταγραφής. Η αξιολόγηση αυτών των μοντέλων
βασίζεται σε μετρικές καταγραφής όπως το F1-score . Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι
τα μοντέλα αυτής της εργασίας υπερέχουν των ήδη υπαρχόντων προσεγγίσεων, συμπεριλαμβανομένων εκείνων στην ερευνητική εργασία SOUSTA Corpus και του LXP
, ιδιαίτερα στις γρήγορες μεταβάσεις νότας και στην ακρίβεια εκτίμησης θεμελειώδους
συχνότητας. Για να διευκολυνθεί η βαθύτερη κατανόηση των μετρικών και των αποτελεσμάτων, έχει δημιουργηθεί μια σελίδα με demos που προσφέρει παραδείγματα με
αποτελεσμάτων από τα MSS και AMT . Αυτή η σελίδα επιτρέπει στους χρήστες να
ακούσουν τις εκτιμήσεις των συστημάτων, καθιστώντας τον αντίκτυπο των μετρικών
πιο χειροπιαστό και την συνολική απόδοση ευκολότερη στην αξιολόγηση.
Τα ευρήματα της παρούσας έρευνας καταδεικνύουν την αποτελεσματικότητα του
συνδυασμού συστημάτων MSS και AMT για μη-δυτικά μουσικά όργανα, συμβάλλοντας τόσο στην τεχνική πρόοδο όσο και στη διατήρηση της πολιτιστικής κληρονομιάς.
Κύριες περιοχές για μελλοντική έρευνα περιλαμβάνουν την ανάγκη για ένα μεγαλύτερο
και πιο ποικιλόμορφο σύνολο δεδομένων για τη βελτίωση της απόδοσης διαχωρισμού
και καταγραφής. Η αξιοποίηση της σύνθεσης ήχου θα μπορούσε να διευρύνει περαιτέρω το σύνολο δεδομένων και να ενισχύσει την εκπαίδευση των μοντέλων. Επιπλέον,
η βελτίωση των μοντέλων MSS και AMT με τεχνικές όπως η προσαρμοστική ρύθμιση του κουρδίσματος και η μείωση θορύβου θα ενίσχυε την ανθεκτικότητα στην
αντιμετώπιση των πολυπλοκοτήτων της παραδοσιακής μουσικής.Automatic Music Transcription (AMT) is a complex and challenging task, especially for non-Western musical genres. While significant advancements in Music Information Retrieval (MIR) have been made, progress in transcribing Western music using Deep Learning (DL) models does not easily extend to lesser-known instruments and musical traditions. This is mainly due to the scarcity of specialized datasets and the complexities inherent in traditional music. This study addresses these challenges by focusing on the transcription of Cretan lyra dance tunes, employing state-of-the-art DL techniques.
Building on the SOUSTA Corpus dataset and related transcription research (Holzapfel & Benetos, 2016), this thesis proposes a dual-step system to improve AMT accuracy. First, a Music Source Separation (MSS) system is developed
to isolate the lyra from accompanying instruments, specifically the lute, which
is critical for enhancing transcription performance. Three MSS models—MSK,
UNMX, and UNMX+—based on BiLSTM architectures are employed to achieve
high-quality lyra separation. Their performance is evaluated using established
separation metrics such as SI-SDR, SI-SAR, and SI-SIR. The successful separation
of lyra stems not only ensures cleaner audio input for the subsequent transcription
but also establishes a highly accurate separation system in its own right.
The second step focuses on the transcription task, supported by models such
as CN, CNi and the commercially available Logic Pro X (LXP). The CN model,
based on a pre-trained CNN monophonic pitch estimator (CREPE) and a monophonic note segmentation algorithm, shows the best overall performance. The CNi model, leveraging the state-of-the-art fcnf0++ for monophonic pitch estimation, was trained using cross-validation to maximize performance on the available dataset. This method suggests that further training on a larger, more comprehensive dataset could lead to even better pitch estimations and overall transcription accuracy. The evaluation of these models is based on transcription metrics, primarily the F1-score. The results indicate that the thesis’ models outperform existing approaches, including those in the SOUSTA Corpus study and the LXP, particularly in rapid note transitions and pitch estimation accuracy. To facilitate a deeper understanding of the metrics and results, a demo page has been created, offering examples of both MSS and AMT outputs. This page allows users to listen to the
system’s estimations, making the metrics’ impact more tangible and the overall
performance easier to assess.
The findings of this research demonstrate the effectiveness of combining MSS and AMT systems for non-Western instruments, contributing to both technical advancements and cultural preservation. Key areas for future research include the need for a larger, more diverse dataset to improve separation and transcription performance. Exploring synthetic audio generation could further expand the dataset and enhance model training. Additionally, refining the MSS and AMT models with techniques like adaptive tuning and noise reduction would improve
robustness in handling the complexities of traditional music
Σχεδίαση και υλοποίηση ενός προγραμματιζόμενου νευρομορφικού συστήματος για spiking νευρονικά δίκτυα
No full textΣτον σημερινό κόσμο, όπου τα Νευρωνικά Δίκτυα και η Μηχανική Μάθηση έχουν
προκαλέσει το ενδιαφέρον ενός μεγάλου μέρους της επιστημονικής κοινότητας, η ανάγκη για υλικό που να μπορεί να τα εκτελεί γρήγορα και αποτελεσματικά έχει αυξηθεί.
Στον τομέα των Νευρωνικών Δικτύων, τα Spiking Νευρωνικά Δίκτυα (SNNs) που
μιμούνται τη συμπεριφορά των βιολογικών νευρώνων του εγκεφάλου, παρουσιάζουν
μοναδικές προκλήσεις που οι παραδοσιακές αρχιτεκτονικές von Neumann δεν είναι
κατάλληλες να διαχειριστούν λόγω των σειριακών τους μοντέλων επεξεργασίας και
της εξάρτησής τους από συνεχή ροή δεδομένων.
Για να αντιμετωπιστούν αυτές οι ανάγκες αναπτύχθηκαν Νευρομορφικές αρχιτεκτονικές οι οποίες, είναι εξειδικευμένες για τη ασύγχρονη, οδηγούμενη από διακριτά συμβάντα φύση των SNNs, καθιστώντας τις πιο συμβατές με τις συγκεκριμένες
απαιτήσεις αυτών των δικτύων. Οι βιολογικές διαδικασίες των νευρώνων και των
συνάψεών τους είναι εξαιρετικά περίπλοκες και επομένως, πολύ δύσκολες να προσομοιωθούν τεχνητά. Οι νευρομορφικές αρχιτεκτονικές πάντα προχωρούν περαιτέρω για
περισσότερους νευρώνες και χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας.
Η εργασία αυτή συμβάλλει με το σχεδιασμό και την υλοποίηση προγραμματιζόμενου υλικού που έχει βελτιστοποιηθεί για SNNs, με στόχο την παροχή υπολογισμών
υψηλής ταχύτητας και αποδοτικότητας. Το σύστημα παρέχει πολλούς παραμέτρους
που μπορούν να αλλάξουν, επιτρέποντας ευέλικτους συνδυασμούς σε διάφορα μοντέλα
SNN, ενώ επιτυγχάνει βελτιωμένη αποδοτικότητα στους υπολογισμούς με υψηλότερες
συχνότητες ρολογιού από άλλα συστήματα και συγκρίσιμη χρήση πόρων.
Εφαρμόζουμε και επαληθεύουμε το σύστημά μας χρησιμοποιώντας SystemVerilog
RTL και αξιολογούμε την απόδοση μέσω προσομοίωσης RTL. Μιμούμαστε πιστά τη
συμπεριφορά μεγαλύτερων και καθιερωμένων συστημάτων σε ένα δίκτυο ταξινόμησης
του MNIST. Τέλος, αξιολογούμε τη χρήση πόρων και την απόδοση του συστήματος
σε στην πλακέτα FPGA: Alveo U55C High Performance Compute Card.In today’s world where Neural Networks and Machine Learning have sparked the
interest of a large part of the scientific community, the need for hardware that
is able to efficiently run them quickly and efficiently has increased. In the field
of Neural Networks, Spiking Neural Networks (SNNs) which mimic the spiking
behavior of the biological neurons of the brain, present unique challenges that
traditional von Neuman architectures are ill-suited to handle due to their sequential
processing models and reliance on continuous data flows.
To tackle these needs Neuromorphic architectures were developed which, by
contrast, are specialized for the asynchronous, event-driven nature of SNNs, making them more compatible with the specific requirements of these networks. The
biological processes of neurons and their synapses are dauntingly complex, and
thus very difficult to artificially simulate. Neuromorphic architectures always push
further for more neurons and lower power consumption.
This thesis contributes with the design and implementation of reconfigurable
hardware design optimized for SNNs aimed at providing high-speed and efficient
computation. The developed system provides many parameters that can be changed
allowing for flexible configurations across various SNN models while achieving improved efficiency in computation with higher clock frequencies than other system
and comparable resource utilization.
We implement and verify our system using SystemVerilog RTL and evaluate
performance via RTL simulation. We accurately mimic the behavior of larger and
established systems on a MNIST classification network. Finally, we evaluate the
resource utilization of the design on a Alveo U55C High Performance Compute
Card
Φωτοβολταϊκά περοβσκιτών αλογόνουκαι οι ετεροδομές τους
No full textΟι ημιαγωγοί περοβσκιτών αλογόνου βρίσκονται στο επίκεντρο την έρευνας σήμερα, βρίσκοντας πεδίο εφαρμογής σε πολλές περιοχές της οπτοηλεκτρονικής, με το κυρίαρχο ενδιαφέρον να εστιάζεται σε φωτοβολταϊκές εφαρμογές, εξαιτίας της εξαιρετικά υψηλής απόδοσης που παρουσιάζουν. Όμως, τα περοβσκιτικά φωτοβολταϊκά παρουσιάζουν περιορισμένη σταθερότητα, που αποτελεί εμπόδιο για την εμπορευματοποίησή τους.
Στην παρούσα διατριβή, κατασκευάστηκαν περοβσκιτικά φωτοβολταϊκά μονής επαφής, με στόχο τη βελτίωση της σταθερότητας των φωτοβολταϊκών διατάξεων. Για το σκοπό αυτό, κατασκευάστηκαν περοβσκιτικά φωτοβολταϊκά υπό συνθήκες περιβάλλοντος, χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνικές εναπόθεσης λεπτών-υμενίων του περοβσκιτικού στρώματος, οι οποίες εστιάστηκαν, τελικά, στη μέθοδο δύο σταδίων. Με την μέθοδο αυτή, μια βελτιωμένη εναπόθεση του περοβσκιτικού στρώματος επιτεύχθηκε υπό συνθήκες περιβάλλοντος, κατά την οποία τα περοβσκιτικά φωτοβολταϊκά παρουσίασαν εξαιρετική περιβαλλοντική σταθερότητα και φωτοσταθερότητα. Όμως, η φωτοβολταϊκή απόδοση των διατάξεων ήταν χαμηλή, ως αποτέλεσμα της μεγάλης σειριακής αντίστασης στις διεπιφάνειες των στρωμάτων, που περιόρισε την αποτελεσματική εξαγωγή των φωτοπαραγόμενων φορέων.
Σε μια προσπάθεια να διορθώσουμε αυτό το πρόβλημα, και με στόχο να χαρακτηριστικά μεταφοράς φορτίου των διατάξεων, χρησιμοποιήσαμε το GaAs σας στρώμα μεταφοράς ηλεκτρονίων.
Έτσι, ένα κύριο μέρος της δουλειάς σχετίζεται με την κατασκευή υβριδικών ετεροδομών περοβσκίτη/νανονημάτων GaAs. Σε αυτήν την κατεύθυνση, κατασκευάστηκαν επιτυχώς διοδικές διατάξεις υβριδικών δομών περοβσκίτη/νανονημάτων GaAs, που παρουσίασαν βελτιωμένα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά, μετά από κατάλληλο ντοπάρισμα (n-τύπου) των νανονημάτων GaAs. Οι εν λόγω διατάξεις παρουσίασαν μετρήσιμη φωτο-απόκριση υπό συνθήκες φωτισμού, παρόλο που αυτή της στιγμή τα αποτελέσματα δεν είναι ανταγωνιστικά. Αποδίδουμε την παρατηρούμενη απώλεια φωτορεύματος, στην αρχιτεκτονική της φωτοβολταϊκής διάταξης, η οποία δεν επιτρέπει τον επαρκή φωτισμό της ενεργού περιοχής της διάταξης. Μελλοντικές κατευθύνσεις για να ξεπεραστεί αυτό το πρόβλημα αφορούν την χρήση διαφανών αγώγιμων οξειδίων σαν επάνω ηλεκτρόδιο, καθώς και μια αναθεώρηση της συνολικής αρχιτεκτονικής της διάταξης, ώστε να είναι εφικτός ο επαρκής φωτισμός της ενεργού περιοχής.
Κλείνοντας, η παρούσα Διατριβή αποτελεί μια νέα κατεύθυνση στην ανάπτυξη φωτοβολταϊκών διατάξεων περοβσκίτη και εξάγει συμπεράσματα σχετικά με τη συμπεριφορά των διεπιφανειών μεταξύ των περοβσκιτών και των μη-οξειδικών ετεροδομών. Καθώς το μεγαλύτερο μέρος των πειραμάτων έγινε σε συνθήκες περιβάλλοντος, χρήσιμα συμπεράσματα μπορούν να εξαχθούν για την σταθερότητα των περοβσκιτών αλογόνου, που ενδεχομένως μπορεί να συνεισφέρει στην επίλυση του προβλήματος της μακροχρόνιας σταθερότητας των περοβσκιτών αλογόνου.Halide perovskites semiconductors are in the spotlight of modern research, exceling in many fields of optoelectronics, with the major attention drawn in solar cell applications, due to their exceptional solar cell performance. However, there are several hurdles that the perovskite solar cells need to overcome, such as their limited long-term stability, which constitutes the main obstacle for the commercialization of this promising photovoltaics technology.
In this dissertation, we deal with the fabrication of single-junction perovskite solar cell devices with the aim to improve the stability of photovoltaic devices at ambient conditions. Perovskite solar cells were fabricated using different fabrication thin-film deposition techniques, with a major focus on the two-step immersion method. The optimum perovskite films, achieved under ambient conditions, show an enhancement of the devices towards environmental stability and photostability. However, the photovoltaic conversion efficiency (PCE) of the devices remains low, as a result of interface resistance which limits the photo-generated carriers’ extraction.
Attempting to overcome this barrier, and in order to obtain better charge-transport characteristics, we have switched to an alternative charge-transport layer by introducing GaAs instead of TiO2, used as an ETL layer. Thus, a major part of this work relates to the fabrication of hybrid perovskite/GaAs nanowire heterostructures. In this direction, we have successfully managed to fabricate hybrid perovskite/GaAs nanowire diodes with promising I-V characteristics, following a suitable n+-type doping of the GaAs nanowire ETL layer. These devices showed up a measurable photo-response when illuminated, but did not produce a competitive photocurrent value at this point. We attribute the observed loss of current in the current architecture design, which does not permit the full illumination of the active area of the device. Future directions include the use of Transparent Conducting Oxide (TCO) materials as top electrodes, or the improvement of the structural design of the device to enable effective illumination of the active area of the solar cell.
The present Thesis, represents a new direction in the development of perovskite-based solar cells and draws several important conclusions concerning the interfacing of halide perovskites with non-oxidic based heterojunctions. Since, the vast majority of the experimental work was performed at ambient conditions, the perovskite stability assessment presented here, could be instructive for addressing the long-term stability problem of halide perovskite semiconductors
Μελέτη της διεπιφάνειας πρωτεΐνης-μεμβράνης σε περιφερικές μεμβρανικές πρωτεΐνες με μεθόδους μοριακής προσομοίωσης
No full textΗ μη φυσιολογική πρόσδεση πρωτεΐνης-μεμβράνης εμπλέκεται σε απορυθμισμένα κυτταρικά μονοπάτια
και σε πολλαπλές ασθένειες, καθιστώντας τη ρύθμιση αυτής της αλληλεπίδρασης μια νέα ελπιδοφόρα
θεραπευτική στρατηγική για πολλές ασθένειες. Ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα είναι η οδός
σηματοδότησης PI3Kα/PTEN/Akt, η οποία διαμεσολαβείται από δύο περιφερειακές μεμβρανικές
πρωτεΐνες, τις PI3Kα και PTEN, των οποίων η απορρυθμισμένη πρόσδεση στη μεμβράνη συνδέεται με
διάφορες ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου. Ως περιφερειακές μεμβρανικές πρωτεΐνες, οι
PI3Kα και PTEN προσδένονται παροδικά στη μεμβράνη, όπου ενεργοποιούνται. Η παροδική φύση της
πρόσδεσής τους στη μεμβράνη δημιουργεί σημαντικές προκλήσεις στον χαρακτηρισμό της ενεργής τους
διαμόρφωσης στη μεμβράνη και, κατά συνέπεια, η διαμόρφωση της ενεργής τους κατάστασης παραμένει
ασαφής, περιπλέκοντας περαιτέρω τη στόχευση με φάρμακα. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή εξετάζει
τη διεπιφάνεια πρωτεΐνης-μεμβράνης και την αλλοστερική τροποποίηση αυτών των δύο σημαντικών
περιφερειακών μεμβρανικών πρωτεϊνών, της PI3Kα και της PTEN.
Χρησιμοποιώντας μοριακές προσομοιώσεις, η μελέτη αυτή εξερευνά τρεις βασικούς στόχους: 1) τον
μηχανισμό ενεργοποίησης του C-τελικού άκρου της PI3Kα και τη δυναμική της ενεργής κατάστασής της
στη μεμβράνη, 2) την αλλοστερική τροποποίηση και τη δυναμική της PTEN κατά τη διάρκεια
διαφορετικών καταστάσεων του καταλυτικού της κύκλου, και 3) τον εντοπισμό αλλοστερικών περιοχών
που μπορούν να στοχευθούν φαρμακολογικά, καθώς και τον σχεδιασμό μικρών μορίων αλλοστερικών
τροποποιητών για την τροποποίηση των αλληλεπιδράσεων πρωτεΐνης-μεμβράνης των PI3Kα και PTEN.
Οι μηχανισμοί ενεργοποίησης του C-τελικού άκρου της PI3Kα διερευνώνται τόσο στον φυσιολογικό τύπο
(WT) όσο και σε ένα φάσμα ογκογόνων μεταλλάξεων του C-τελικού άκρου. Κατασκευάστηκαν οι
επιφάνειες ελεύθερης ενέργειας που περιγράφουν την ενεργοποίηση του C-τελικού άκρου για κάθε
σύστημα, και τα ευρήματα ήταν σύμφωνα με τα πειραματικά δεδομένα HDX-MS, παρέχοντας μοριακή
εξήγηση για τους διαφορετικούς μηχανισμούς ενεργοποίησης του C-τελικού άκρου που χρησιμοποιούν οι
ογκογόνες μεταλλάξεις για να ανακατευθύνουν το C-τελικό άκρο σε σύγκριση με τον WT. Δεδομένου ότι
η PI3Kα είναι η συχνότερα μεταλλαγμένη κινάση σε όλους τους ανθρώπινους καρκίνους, σχεδιάστηκαν
υποψήφια φάρμακα που στοχεύουν αυτήν την πρωτεΐνη χρησιμοποιώντας την πρόσφατα ανακαλυφθείσα
αλλοστερική κοιλότητα του μορίου STX-478. Σχεδιάστηκαν νέοι υποψήφιοι τροποποιητές,
χρησιμοποιώντας ως καλούπια γνωστούς αλλοστερικούς αναστολείς, οι οποίοι προτάθηκαν για σύνθεση
και πειραματική μελέτη. Καθώς η ενεργοποίηση της PI3Kα πραγματοποιείται στη μεμβράνη,
κατασκευάστηκε και προσομοιώθηκε για πρώτη φορά ένα μοντέλο της ενεργής διαμόρφωσης της PI3Kα
WT και της μετάλλαξης H1047R σε σύμπλοκο με HRAS σε ένα μοντέλο μεμβράνης. Αυτή η μελέτη
αποκάλυψε βασικές δομικές και δυναμικές αλλαγές που προκαλούνται από τη μετάλλαξη H1047R,
παρέχοντας μηχανιστική βάση για την αυξημένη ικανότητα πρόσδεσης στη μεμβράνη που παρατηρείται
στη συγκεκριμένη ογκογόνο μετάλλαξη.
Ένας ακόμη στόχος αυτής της έρευνας ήταν η μελέτη των διαφορετικών καταστάσεων του καταλυτικού
κύκλου της PTEN, συμπεριλαμβανομένης της κυτταροπλασματικής της κατάστασης και της ενεργής της
κατάστασης στη μεμβράνη. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις της PTEN σε διαλύτη και σε ένα μοντέλο
μεμβράνης, αναδεικνύοντας διαφορές μεταξύ αυτών των καταστάσεων και περιγράφοντας τη δυναμική
των εγγενώς αδιάτακτων αλλά λειτουργικά κρίσιμων N- και C-τελικών περιοχών της πρωτεΐνης.
Χρησιμοποιώντας αντιπροσωπευτικές δομές από αυτές τις προσομοιώσεις, προβλέφθηκαν αλλοστερικές
κοιλότητες που μπορούν να στοχευθούν φαρμακολογικά. Σχεδιάστηκαν υποψήφια μόρια-ρυθμιστές της
PTEN, τα οποία μελετήθηκαν πειραματικά, και ένα από αυτά αναδείχθηκε ως ο πρώτος υποσχόμενος
αναστολέας της PTEN.
Συνολικά, στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή, δημιουργήθηκε ένα υπολογιστικό πλαίσιο για την
εξερεύνηση του διαμορφωτικού χώρου δύο κρίσιμων φαρμακευτικών στόχων, της PI3Kα και της PTEN.
Ενσωματώνοντας υπολογιστικά ευρήματα με πειραματικά δεδομένα, παρέχονται ατομικού επιπέδου
πληροφορίες, προσφέροντας νέα μοριακή κατανόηση που μπορεί να αξιοποιηθεί για την ανάπτυξη
καινοτόμων θεραπευτικών στρατηγικών για τον καρκίνο.Abnormal protein-membrane attachment is involved in deregulated cellular signaling pathways and in
disease, hence, the possibility to modulate this interaction represents a new promising therapeutic strategy
for many diseases. A representative example is the PI3Kα/PTEN/Akt signaling pathway, which is mediated
by two peripheral membrane proteins, PI3Kα and PTEN, whose deregulated protein-membrane attachment
is associated with various diseases including cancer. As peripheral membrane proteins, PI3Kα and PTEN,
bind transiently to the membrane where they become activated. The transient nature of their membrane-
binding poses significant challenges in assessing their active conformation on the membrane and thus the
conformation of their active state of both proteins remains elusive, further complicating the drug targeting.
This PhD thesis investigates the protein-membrane interface and allosteric modulation of these two major
peripheral membrane proteins, PI3Kα and PTEN.
Using molecular simulations, this study explores three primary objectives: 1) the mechanism of PI3Kα C-
terminal activation and the dynamics of its active-like membrane-bound state are elucidated, 2) the
allosteric modulation and dynamics of PTEN across different states of its catalytic cycle are assessed, and
3) druggable allosteric pockets are identified, and small-molecule allosteric modulators are designed to
modify the protein-membrane interactions of PI3Kα and PTEN.
The mechanisms of PI3Kα C-terminal activation are investigated in both WT and a spectrum of oncogenic
C-terminal mutants. Free energy landscapes describing C-terminal activation for each system are
constructed, and the findings were consistent with HDX-MS experimental data providing a molecular
explanation for the different C-terminal activation mechanisms by which the oncogenic mutants reorient
the C-terminus, compared to the WT. Considering that PI3Kα is the most frequently mutated kinase in all
human cancers, drug design targeting this protein is also explored using the recently identified allosteric
STX-478 pocket. Novel putative modulators were designed, using known allosteric inhibitors as scaffolds,
and proposed for synthesis and experimental validation. As PI3Kα activation occurs on the membrane, a
model of the active-like state of PI3Kα WT and the H1047R mutant in complex with HRAS on a model
membrane was constructed and simulated for the first time. This study revealed key structural and
dynamical changes induced by the H1047R mutation, providing a mechanistic basis for the enhanced
membrane-binding ability observed in the H1047R oncogenic mutant.
Another aim of this research was to study the different states of PTEN catalytic cycle, including its cytosolic
state and its active state on the membrane. Simulations of PTEN in solution and on a model membrane were
performed, highlighting differences between these states and elucidating the dynamics of its intrinsically
disordered but functionally critical N-terminal and C-terminal regions. Using representative structures from
these simulations, druggable allosteric pockets were predicted, and several candidate small-molecule PTEN
modulators were designed and experimentally validated, one of which emerged as the first promising small-
molecule inhibitor of PTEN.
Overall, in the present PhD thesis, a computational framework was established to explore the
conformational space of two critical drug targets, PI3Kα and PTEN. By integrating computational findings
with experimental data, atomistic-level insights were provided, offering novel molecular understanding that
could be exploited for the development of innovative cancer therapeutic strategies
Εκτίμηση σε πολλαπλά πεδία και παραγωγική μοντελοποίηση για σύνθεση εικόνων χεριών
No full textΗ εκθετική ανάπτυξη των μεθοδολογιών υπολογιστικής όρασης, ιδιαίτερα των αρχιτεκτονικών βαθιάς μάθησης, έχει αυξήσει σημαντικά τη ζήτηση για δεδομένα υψηλής ποιότητας σε πολλούς τομείς, για την χρήση τους ως είσοδο ή έξοδο συστημάτων. Ενώ η παραγωγή συνθετικών δεδομένων έχει δει πολυάριθμες εξελίξεις σε πολλούς τομείς, δυστυχώς δεν ισχύει το ίδιο στον τομέα των εργασιών που σχετίζονται με το ανθρώπινο χέρι. Οι λίγες διαθέσιμες προσεγγίσεις σύνθε-
σης δεν επιτυγχάνουν ικανοποιητικό ρεαλισμό σε πολλαπλά πεδία (όπως το χρώμα, το βάθος, κλπ). Αυτή η διατριβή στοχεύει να αντιμετωπίσει αυτό το κενό, προτείνοντας νέες μεθοδολογίες για τη σύνθεση εικόνας χεριού στα πεδία του χρώματος και βάθους, εστιάζοντας συγκεκριμένα
στην εκτίμηση βάθους, την αποτελεσματική πιθανολογική παραγωγική μοντελοποίηση και τη ελεγχόμενη παραγωγή δεδομένων.
Για να αντιμετωπίσουμε το πρόβλημα εκτίμησης βάθους χεριού, στοχεύουμε στην εξισορρόπηση της ακρίβειας και της υπολογιστικής πολυπλοκότητας. Σε αυτή την κατεύθυνση, παρουσιάζουμε ένα μοντέλο με μικρό πλήθος παραμέτρων εκμάθησης που βασίζεται στην αρχιτεκτονική στοιβαγμένης κλεψύδρας (stacked hourglass model) για εκτίμηση βάθους εικόνων χεριών από έγχρωμες εικόνες. Χρησιμοποιώντας ενδιάμεση επίβλεψη και μια προσέγγιση σταδιακής μάθησης,
το προτεινόμενο μοντέλο επιτυγχάνει ακρίβεια 22mm που δεν μπορούν να επιτύχουν άλλες μέθοδοι εκτίμησης βάθους γενικής χρήσης. Για να διευκολύνουμε την εκπαίδευση και την αξιολόγηση του μοντέλου, παρουσιάζουμε το HandRGBD, ένα νέο σύνολο δεδομένων με περισσότερα από 20.000 ευθυγραμμισμένα ζεύγη έγχρωμων εικόνων χεριού και βάθους. Με ακρίβεια συγκρίσιμη με αυτή των χαμηλού κόστους καμερών βάθους, αυτή η προσέγγιση γεφυρώνει το χάσμα με-
ταξύ των πεδίων χρώματος και βάθους, επιτρέποντας τις μεθόδους εκτίμησης πόζας χεριού που βασίζονται σε βάθος να εφαρμόζονται στην είσοδο έγχρωμης εικόνας.
Για να βελτιώσουμε τις μεθόδους παραγωγής με επικείμενο στόχο να καταστεί δυνατή η πιο ακριβής και ελεγχόμενη παραγωγή εικόνων, χρειαζόμαστε άμεσο χειρισμό της λανθάνουσας αναπαράστασης των δεδομένων μας. Οι Αποκωδικοποιητές Διακύμανσης (Variational Autoencoders) διαθέτουν αυτήν την ιδιότητα. Για το λόγο αυτό, επαυξάνουμε αυτήν την οικογένεια μοντέλων εισάγοντας τους Αποκωδικοποιητές Διακύμανσης Τυχαίας Μεταβλητής (Random
Variable-Variational Autoencoders (RV-VAE)), μια νέα εκδοχή που αντιμετωπίζει τις ενεργοποιήσεις ενός Τεχνητού Νευρωνικού δικτύου ως συνεχείς Τυχαίες Μεταβλητές (τ.μ.). Αυτό το επιτυγχάνουμε ενσωματώνοντας ειδικά σχεδιασμένες μονάδες Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων που εφαρμόζονται σε τ.μ. ως τελεστέους χρησιμοποιώντας κανόνες που ορίζονται από την άλγεβρα των τυχαίων μεταβλητών. Βελτιστοποιώντας τα μοντέλα μας στις πλήρεις κατανομές στον
λανθάνοντα χώρο και όχι σε διακριτά δείγματα, τα RV-VAE ενσωματώνουν μαθηματικές προγενέστερες κατανομές, μειώνοντας το υπολογιστικό φόρτο και βελτιώνοντας την ανακατασκευή και την απόδοση παραγωγής.
Τέλος, προτείνουμε τον Εποπτευόμενο Αποκωδικοποιητή Διακύμανσης Τυχαίας Μεταβλητής (Supervised Random Variable-Variational Autoencoder (SRV-VAE)), ένα νέο πλαίσιο για τη δημιουργία φωτορεαλιστικών εικόνων χεριών που εξαρτώνται από ακριβείς επισημειώσεις πόζας.
Το SRV-VAE καταφέρνει να διαχωρίσει τη πόζα και την εμφάνιση της εικόνας του χεριού εισόδου, εξασφαλίζοντας ισχυρό έλεγχο κατά τη σύνθεση, διατηρώντας παράλληλα τον ρεαλισμό κατά την εκτίμηση. Το μοντέλο επιδεικνύει αποτελεσματικότητα στη δημιουργία διαφορετικών
εικόνων χεριών χρησιμοποιώντας τις δυνατότητες των μοντέλων με επίγνωση στις τυχαίες μεταβλητές. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας αυτό το πλαίσιο, είμαστε σε θέση να αυξήσουμε και να διαφοροποιήσουμε σύνολα δεδομένων εκπαίδευσης χεριών με σκοπό τη βελτίωση της εκτίμησης πόζας.
Συνολικά, αυτές οι συνεισφορές δημιουργούν ένα θεμέλιο για την προώθηση εργασιών που σχετίζονται με το χέρι στην υπολογιστική όραση, προσφέροντας λύσεις για τη σύνθεση εικόνας χεριού σε πολλαπλά πεδία. Οι παρουσιαζόμενες μεθοδολογίες γεφυρώνουν κρίσιμα κενά στη δημιουργία δεδομένων και έχουν τη δυνατότητα να ανταποκριθούν στην αυξανόμενη ζήτηση για υψηλής ποιότητας δεδομένα χεριών, ενώ αντιμετωπίζουν προκλήσεις σε σχέση με την αποτελεσματικότητα και τον ρεαλισμό, θέτοντας τα θεμέλια για μελλοντικές εξελίξεις σε συστήματα παραγωγής και ανάλυσης χεριών.The exponential growth of computer vision methodologies, particularly deep learning architectures, has significantly increased the demand for high-quality data across multiple domains, to serve as input or output modalities. While synthetic data generation has seen
numerous developments in many areas, unfortunately the same does not apply to the field of human hand-related tasks. The few available synthesis approaches fail to achieve satisfactory realism and multi-domain variety. This dissertation aims to address this gap by
proposing novel methodologies for hand image synthesis in the RGB and depth domains, focusing specifically on depth estimation, efficient probabilistic generative modeling, and controllable data generation.
To tackle the hand depth estimation problem, we aim at balancing accuracy and computational complexity. In that direction, we present a lightweight model based on the stacked-hourglass architecture for monocular RGB-to-depth estimation of hand images.
Employing intermediate supervision and a staged learning approach, the proposed model achieves an accuracy of 22mm that other general-purpose depth estimating methods cannot achieve. To facilitate training and evaluation, we introduce HandRGBD, a new dataset of over 20,000 aligned hand image pairs of RGB and depth. With an accuracy comparable to that of low-cost depth cameras, this work bridges the gap between RGB and RGBD domains, enabling RGBD-based hand pose estimation methods to be applicable to RGB input.
To enhance generative methods with the imminent goal of enabling more accurate and controllable generation of images, we require direct manipulation of the latent representation of our data. Variational Autoencoders (VAEs) possess that property. For this reason, we augment this family of models by introducing Random Variable Variational Autoencoders (RV-VAEs), a novel formulation that treats artificial neural network activations as continuous Random Variables (RVs). We achieve this by integrating specially designed Artificial Neural Network modules, that are applied to RV operands using rules defined by
the algebra of random variables. By optimizing over full distributions in the latent space rather than discrete samples, RV-VAEs incorporate mathematical priors, reducing computational load and improving reconstruction and generative performance.
Finally, we propose the Supervised Random Variable Variational Autoencoder (SRV-VAE), a novel framework for generating photorealistic hand images conditioned on precise pose annotations. The SRV-VAE manages to disentangle the pose and appearance of the input hand image, ensuring robust control over synthesis while maintaining realism during inference. The model demonstrates efficacy in generating diverse hand images by
utilizing the capabilities of RV-aware modalities. Moreover, using this framework, we are able to augment and diversify hand training sets with the purpose of enhancing pose estimation tasks.
Collectively, these contributions establish a foundation for advancing hand-related tasks in computer vision by offering solutions to multi-domain hand image synthesis. The presented methodologies bridge critical gaps in data generation and have the potential to meet the growing demand for high-quality hand data while addressing challenges in efficiency and realism, laying the foundation for future advancements in generative systems
and hand analysis
Αριθμητική μοντελοποίηση του σχηματισμού και εξέλιξης αστέρων νετρονίων
No full textΟι αστέρες νετρονίων (NSs) είναι εξαιρετικά συμπαγή κατάλοιπα μαζικών αστέρων που
σχηματίζονται κατά τη διάρκεια υπερκαινοφανών εκρήξεων. Οι ιδιότητές τους συνδέονται στενά
με την εξέλιξη των προγεννητόρων τους και τα χαρακτηριστικά της έκρηξης που τους δημιουργεί.
Η παρούσα διατριβή εστιάζει στη μελέτη της δομής και της εξέλιξης των NSs, ξεκινώντας με μια
εισαγωγή στην φυσική των αστέρων και στις διαδικασίες που οδηγούν στον σχηματισμό συμπαγών
αστρικών αντικειμένων. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην περίπλοκη εσωτερική δομή των NSs καθώς
και στις προκλήσεις που παρουσιάζονται λόγω των ακραίων συνθηκών που κυριαρχούν στο
εσωτερικό τους. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται τρεις ξεχωριστές ερευνητικές μελέτες, οι οποίες
αποτελούν τον βασικό κορμό της διατριβής.
Η πρώτη μελέτη εξετάζει, μέσω λεπτομερών αριθμητικών μοντέλων, τον σχηματισμό NSs από την
κατάρρευση αστέρων ενδιάμεσης μάζας μέσω υπερκαινοφανών εκρήξεων αρπαγής ηλεκτρονίων
(ECSN). Αστέρες με αρχική μάζα 7–11 ηλιακών μαζών, οι οποίοι χάνουν τον πλούσιο σε υδρογόνο
μανδύα τους, μπορούν να εξελιχθούν σε ECSN ή θερμοπυρηνικές εκρήξεις, ανάλογα με τη
σύσταση και τη δομή του πυρήνα τους. Οι προσομοιώσεις αναδεικνύουν ότι πυρήνες με μάζα που
προσεγγίζει τις 1,35–1,37 ηλιακές μάζες μπορεί να οδηγηθούν σε εκρηκτική ανάφλεξη του
οξυγόνου, σε σχετικά χαμηλές πυκνότητες, καταλήγοντας σε θερμοπυρηνικές εκρήξεις στην
περίπτωση που περιέχουν υπολλείματα από άνθρακα σε αφθονία μεγαλύτερη από 0,005 ηλιακές
μάζες. Σε διαφορετική περίπτωση, η κατάληξη τους σε ECSN είναι πιθανότερη. Επιπλέον,
διαπιστώνεται ότι οι (C)ONe υπερκαινοφανείς τύπου Ia εμφανίζονται συχνότερα σε αστέρες με
υψηλότερη μεταλλικότητα.
Η δεύτερη μελέτη διερευνά πώς η μερική απώλεια μάζας σε διπλά αστρικά συστήματα επηρεάζει
την εξέλιξη των μαζικών αστέρων και την τελική τους κατάσταση. Σε τέτοιες περιπτώσεις, ο
αστέρας που χάνει μάζα μπορεί να διατηρήσει ένα λεπτό περίβλημα πλούσιο σε υδρογόνο, που
επηρεάζει σημαντικά την εξέλιξή του. Η μοντελοποίηση απογυμνωμένων αστέρων ηλίου δείχνει ότι
ακόμη και σχετικά μικρές ποσότητες υδρογόνου (περίπου 0,5 ηλιακές μάζες) μπορούν να
ενισχύσουν την καύση που λαμβάνει χώρα στον φλοιό, επιταχύνοντας την εξέλιξη και
σχηματίζοντας λευκούς νάνους που αποτελούνται κυρίως από οξυγόνο και νέον, ενώ περιέχουν
και υπολείμματα άνθρακα. Αντίθετα, όταν η ποσότητα υδρογόνου είναι ελάχιστη, τότε μία
εκρηκτική ανάφλεξη του οξυγόνου είναι πιθανότερη. Η μελέτη αυτή δείχνει ότι η μερική
απογύμνωση σε αστέρες ενδιάμεσης μάζας μπορεί να οδηγήσει με φυσικό τρόπο σε λευκούς
νάνους που είναι επιρρεπείς σε θερμοπυρηνικές εκρήξεις κατά τη διάρκεια μεταγενέστερων
επεισοδίων μεταφοράς μάζας, διαταράσσοντας με αυτό τον τρόπο τη διαδικασία σχηματισμού
αστέρων νετρονίων.
Η τρίτη μελέτη εξετάζει τον σχηματισμό διδύμων συμπαγών αστέρων (twin compact stars) μέσω
ταχείας αλλαγής φάσης που λαμβάνει χώρα στους πυρήνες αστέρων νετρονίων λόγω
προσαύξησης μάζας σε διπλά συστήματα εκπομπής ακτίνων-Χ χαμηλής μάζας (LMXBs). Καθώς οι
αστέρες νετρονίων σε διπλά συστήματα συσσωρεύουν μάζα από τους συνοδούς τους αστέρες, η
κεντρική πυκνότητα του πυρήνα τους αυξάνεται. Όταν ξεπεραστεί ένα κρίσιμο όριο, μπορεί να
συμβεί αλλαγή φάσης από αδρονική ύλη σε ύλη που αποτελείται από ελεύθερα κουάρκ. Οι
προσομοιώσεις δείχνουν ότι οι αλλαγές φάσης αυτού του τύπου μπορούν να συμβούν κατά τη
φάση LMXB ή κατά την επιβράδυνση της περιστροφής του αστέρα νετρονίων, οδηγώντας στον
σχηματισμό πάλσαρς σε τροχιές με υψηλή εκκεντρότητα. Αν αυτές οι αλλαγές φάσης
συνοδεύονται και από δευτερογενής διαταράξεις με ταχύτητες μεγαλύτερες από 20 km/s, μπορεί
να οδηγήσουν στην πλήρη διάλυση του διπλού συστήματος, δημιουργώντας απομονωμένους,
ταχέα περιστρεφόμενους πάλσαρς ή διπλά συστήματα με πολύ μεγάλη τροχιακή περίοδο.
Η διατριβή ολοκληρώνεται με σύνοψη των βασικών συμπερασμάτων, υπογραμμίζοντας τη σημασία
τους στο ευρύτερο πλαίσιο της αστροφυσικής. Παράλληλα, εντοπίζονται οι περιορισμοί της
παρούσας έρευνας και προτείνονται κατευθύνσεις για μελλοντικές μελέτες.Neutron stars (NSs) are compact remnants of massive stars formed in supernova explosions, with
properties intricately linked to the evolution of their progenitors and the characteristics of the
explosion. This thesis investigates the structure and evolution of neutron stars, beginning with an
overview of stellar astrophysics and the processes leading to compact object formation. Special
emphasis is placed on the complex internal structure of neutron stars, particularly the challenges
posed by the extreme conditions found within their cores. It then presents three separate research
papers in subsequent chapters.
Through detailed numerical modeling, the first research paper examines neutron stars formed
from the collapse of intermediate-mass stars through electron-capture supernovae (ECSN). Stars
with initial masses of 7–11 solar masses that lose their hydrogen envelopes may experience
outcomes ranging from ECSN to thermonuclear supernovae, depending on their final core
composition and structure. Modeling of stripped, helium stars reveals that cores around 1.35–1.37
solar masses can initiate explosive oxygen burning at relatively low densities, leading to
thermonuclear explosions if residual carbon exceeds approximately 0.005 solar masses, while
lower carbon content favors ECSN. The study further finds that (C)ONe Type Ia supernovae are
more likely at higher metallicities.
The second research paper investigates the evolutionary outcomes of massive stars in binary
systems, focusing on the impact of incomplete mass stripping on their final fate. In such systems,
the donor star may retain a thin hydrogen envelope, significantly influencing its evolution. Through
numerical modeling of partially stripped helium stars at solar metallicity, the study demonstrates
that a hydrogen mass as small as 0.5 solar masses can sustain hot bottom burning, accelerating
evolution and producing oxygen-neon white dwarfs with residual carbon in their cores.
Conversely, minimal hydrogen retention leads to explosive oxygen burning. These results highlight
how inefficient stripping in intermediate-mass stars can naturally lead to oxygen-neon white
dwarfs prone to thermonuclear runaway during later mass transfer, potentially disrupting neutron
star formation via accretion-induced collapse.
The third research paper explores the formation of twin compact stars through rapid phase
transitions in NS cores due to mass accretion in low-mass X-ray binaries (LMXBs). Neutron stars
in binary systems can experience episodes of mass accretion from their companion stars. During
such mass transfer episodes, the neutron star’s mass—and therefore its central density—
gradually increases. As the core density rises, it may reach a threshold where a phase transition
from hadronic matter to deconfined quark matter can occur. This phase transition marks a
fundamental shift from a purely hadronic composition, which is dominated by neutrons, protons,
and electrons, to a more exotic state where quarks are no longer confined within individual
nucleons, yielding a quark core. Simulations reveal that phase transitions may occur during the
LMXB phase in compact binaries or during spin-down in wider systems, possibly leading to
eccentric binary millisecond pulsars (MSPs). If these transitions involve secondary kicks
exceeding 20 km/s, they may disrupt the binary, forming isolated MSPs or reconfiguring them to
ultra-wide orbits.
The thesis concludes with a comprehensive summary of the key findings and insights derived
from the research conducted. In this final section, the main conclusions drawn from the study are
highlighted, emphasizing their significance in the broader context of the field. Additionally, a
discussion is provided reflecting on any limitations of the current study and suggesting areas for
further investigation
Molecular phylogenetics and phylogeography of the endemic species Hellenolacerta graeca (Sauria: Lacertidae) using genetic and genomic data
No full textΗ γραικόσαυρα, Hellenolacerta graeca, αποτελεί ένα ενδημικό είδος σαύρας της
Πελοποννήσου. Η εξελικτική ιστορία του είδους παραμένει άγνωστη έως σήμερα, ενώ θεωρείται
σύμφωνα με πρόσφατα δεδομένα, ότι είναι συγγενικότερο των γενών Anatololacerta (Τουρκία και
ανατολικά νησιά Αιγαίου) και Iberolacerta (Ιβηρική χερσόννησος) που κατανέμονται μακριά από
την Πελοπόννησο. Στην παρούσα εργασία, επιλύονται οι φυλογενετικές σχέσεις εντός του είδους με
τη χρήση γενετικών και γονιδιωματικών δεδομένων. Όσον αφορά τα γενετικά δεδομένα,
αντλήθηκαν αλληλουχίες από πέντε γενετικούς δείκτες, δύο μιτοχονδριακούς (cytb και 16S rRNA)
και τρεις πυρηνικούς (NKTR, BDNF και RAG1). Όσον αφορά τα γονιδιωματικά δεδομένα,
παρήχθησαν χιλιάδες SNPs (single nucleotide polymorphisms) με τη χρήση της τεχνικής ddRADseq
(double digest restriction-site associated DNA sequencing). Εντός του είδους, βάσει των αναλύσεων
μπεϋζιανής συμπερασματολογίας και μέγιστης πιθανοφάνειας, και για τους δύο τύπους δεδομένων,
διακρίνονται δύο καλά υποστηριζόμενοι κλάδοι, ένας Ανατολικός, με άτομα που κατανέμονται στην
ανατολική Πελοπόννησο, και ένας Κεντροδυτικός, με άτομα που κατανέμονται στην κεντροδυτική
Πελοπόννησο. Εντός του δεύτερου, διακρίνονται δύο μικρότεροι, ένας Δυτικός, με άτομα που
εντοπίζονται βόρεια του Ταϋγέτου, και ένας Κεντρικός, με άτομα που εντοπίζονται νότια του
Ταϋγέτου. Σύμφωνα με την ανάλυση μοριακής χρονολόγησης, οι δύο μεγαλύτεροι κλάδοι
διαχωρίστηκαν κατά το Πλειόκαινο, ενώ οι δύο μικρότεροι εντός του Κεντροδυτικού,
διαχωρίστηκαν κατά το Πλειστόκαινο. Τέλος, οι αναλύσεις πληθυσμιακής δομής, με τις μεθόδους
STRUCTURE και DAPC, υποστηρίζουν την ύπαρξη πέντε υποπληθυσμών με την ύπαρξη ατόμων
μικτής γενεαλογίας σε σημεία ενδιάμεσα αυτών. Φαίνεται, λοιπόν, ότι η γραικόσαυρα παρουσιάζει
έντονη ενδοειδική ποικιλομορφία, γεννώντας ερωτηματικά για το αν αποτελεί πραγματικά ένα είδος.The Greek Rock Lizard, Hellenolacerta graeca, is an endemic lizard species of Peloponnese.
Until nowadays, the evolutionary history of the species remains unknown, while according to recent
data, it appears to be closely related to Anatololacerta and Iberolacera genera, which are distributed
far away from Peloponnese. In this study, the phylogenetic relationships within the species are
resolved using genetic and genomic data. As for the genetic data, five loci were sequenced, two
mitochondrial (cytb and 16S rRNA) and three nuclear (NKTR, BDNF and RAG1). As for the
genomic data, they were derived using the method ddRADseq (double digest restriction-site
associated DNA sequencing). Within the species, based on the methods of bayesian inference and
maximum likelihood, and both data types, two main clades are formed, an Eastern, including
individuals from the eastern Peloponnese and a Centrowestern, including individuals from the
centrowestern Peloponnese. The latter, is further divided into a Western and a Central clade,
including individuals from the north and the south of Taygetos, respectively. According to the
molecular dating analysis, the two main clades were divided during Pliocene, while the two smaller
were divided during Pleistocene. Finally, the analyses of population structure, DAPC and
STRUCTURE, provided evidence for the existence of five sub-populations, with several admixed
individuals between them. The Greek Rock Lizard, shows intense intrapecific diversity, increasing
the doubts that it constitutes a single species
Ένα πλαίσιο προσομοίωσης φυσικής σε πραγματικό χρόνο, με προηγμένες αλληλεπιδράσεις κοπής , σχισίματος και διάτρησης για φορητές εφαρμογές εκτεταμένης πραγματικότητας
No full textΗ Εκτεταμένη Πραγματικότητα (XR) έχει αποδείξει μεγάλη δυναμική για χρήση σε διάφορους τομείς της βιομηχανίας. Παρόλο που τα γραφικά έχουν εξελιχθεί, φτάνοντας σε ένα υψηλό επίπεδο ακόμα και σε φορητές συσκευές Εκτεταμένης Πραγματικότητας, οι φυσικές προσομοιώσεις υστερούν. Τα παραδοσιακά πλαίσια φυσικής, όπως το PhysX, εστιάζουν κυρίως σε προσομοιώσεις άκαμπτων σωμάτων και συχνά δεν υποστηρίζουν μαλακά σώματα και αλληλεπιδράσεις σε πραγματικό χρόνο, όπως κοπή, σχίσιμο και διάτρηση, που είναι κρίσιμες για τη βελτίωση του ρεαλισμού. Ακόμα και αν κάποια πλαίσια υποστηρίζουν αυτές τις προηγμένες αλληλεπιδράσεις, απαιτούν υψηλή υπολογιστική ισχύ, η οποία δεν είναι διαθέσιμη σε φορητές συσκευές Εκτεταμένης Πραγματικότητας.
Στην παρούσα διατριβή, παρουσιάζουμε ένα ελαφρύ, προσαρμοσμένο πλαίσιο φυσικής, που αποκαλούμε XR-PBD XR-PBD (Extended Reality - Position Based Dynamics) και αντιμετωπίζει αυτούς τους περιορισμούς. Αυτό το πλαίσιο την αποδοτικότητα της φυσικής με σωματίδια και τη σταθερότητα του Extended Position Based Dynamics (XPBD) για την υποστήριξη προσομοιώσεων σε πραγματικό χρόνο. ΄Ένα σύνολο περιορισμών, για απόσταση, όγκο, διατήρηση σχήματος, συνευθειακότητα και διάτρηση, χρησιμοποιούνται για την προσομοίωση μαλακών και άκαμπτων σωμάτων, υφασμάτων, σχοινιών και άκαμπτων ράβδων. Επιπλέον, τεχνικές βελτιστοποίησης, όπως προηγμένη διαχείριση μνήμης, εντολές SIMD (Single Instruction Multiple Data) και παράλληλος προγραμματισμός, μειώνουν περαιτέρω τις υπολογιστικές απαιτήσεις, επιτρέποντας στο πλαίσιο μας να λειτουργεί ακόμα και σε συσκευές με χαμηλές προδιαγραφές CPU και GPU , όπως οι φορητές συσκευές Εκτεταμένης Πραγματικότητας. Τέλος, για την υποστήριξη προηγμένων αλληλεπιδράσεων χρήστη, το σύστημά μας εισάγει νέους γεωμετρικούς αλγορίθμους και εργαλεία που βελτιώνουν την αξιολόγηση της κοπής, του σχισίματος και της διάτρησης σε τετραεδρικά πλέγματα σε πραγματικό χρόνο. Οι μετρήσεις απόδοσης στο πλαίσιο ρεαλιστικών περιπτώσεων χρήσης αποδεικνύουν ότι το πλαίσιο μας είναι πλήρως ικανό να προσομοιώνει σύνθετα σενάρια, με χιλιάδες σωματίδια και περιορισμούς, σε πραγματικό χρόνο. Αυτό υπογραμμίζει τη δυνατότητα του πλαισίου μας να εκδημοκρατίσει τις σύνθετες προσομοιώσεις φυσικής σε πραγματικό χρόνο με προηγμένες αλληλεπιδράσεις χρήστη ακόμα και σε φορητές συσκευές Εκτεταμένης Πραγματικότητας χαμηλών προδιαγραφών.Extended Reality(XR) has demonstrated great potential for use in various
fields across the industry. While graphics have advanced, reaching an accept-
able level even in mobile XR Head Mounted Displays(HMDs), physics simulations
lack behind. Traditional physics frameworks, like PhysX, are mainly focused on
rigidbody simulations and often exclude support for softbodies and real-time XR
interactions like cutting, tearing and piercing, crucial for improving realism. Although some frameworks support these advanced interactions, they require intense
computational power, not available in mobile XR HMDs.
In this thesis, we introduce a lightweight, custom physics framework, called
XR-PBD (Extended Reality - Position Based Dynamics), that addresses these
limitations. This framework leverages the efficiency of particle physics and the
stability of Extended Position Based Dynamics (XPBD) to support real-time simulations. A number of constraints, such as Distance, Volume, Shape Matching,
Collinear and Insertion, are used for simulating softbodies, rigidbodies, cloths,
ropes and stiff rods. Additional optimization techniques, like advanced memory
management, SIMD (Single Instruction Multiple Data) instructions and parallel
programming further reduce the computational needs, allowing our framework to
function even in devices of lower CPU and GPU specifications, such as mobile
XR HMDs. Finally, to support advanced user interactions our system introduces
novel geometric algorithms and tools that enhance evaluation of real-time cutting,
tearing and piercing on tetrahedral meshes.
Performance metrics in the context of realistic use cases prove that, our framework is fully capable of simulating complex scenarios, with thousands of particles
and constraints, in real-time. This underscores our framework’s potential to democratize complex real-time physics simulations with advanced user interactions
in low-performance XR devices
Study of sceletal diformities on natural fish populations in the Gulf of Chania
No full textΟι σκελετικές παραμορφώσεις στα ψάρια που προέρχονται από άγριους πληθυσμούς είναι σχετικά σπάνιες, κυρίως λόγω της δράσης της φυσικής επιλογής. Οι παραμορφώσεις δημιουργούνται κατά τη διάρκεια των πρώιμων οντογενετικών σταδίων όπου λαμβάνει χώρα η ανάπτυξη του σκελετού (από το εμβρυικό ως τη μεταμόρφωση. Κατά τη διάρκεια των σταδίων αυτών τα νεαρά ψάρια είναι εκτεθειμένα σε παράγοντες δημιουργίας παραμορφώσεων, καθώς έχουν περιορισμένες δυνατότητες εκούσιας μετακίνησης, γεγονός που καθιστά τα ψάρια άριστους βιοδείκτες της κατάστασης του οικοσυστήματος. Η παρουσία παραμορφώσεων στους φυσικούς πληθυσμούς είναι κυρίως αποτέλεσμα δυσμενών περιβαλλοντικών συνθηκών και ρύπανσης. Για τον λόγο αυτό οι αυξημένες συχνότητες παραμορφωμένων ατόμων στους φυσικούς πληθυσμούς εγείρουν ανησυχίες μεταξύ των ερευνητών σχετικά με την κατάσταση του φυσικού περιβάλλοντος. Καθώς η μελέτη των παραμορφώσεων σε άγριους πληθυσμούς ψαριών στην Ελλάδα χαρακτηρίζεται από έλλειψη βιβλιογραφίας, με τις περισσότερες αναφορές να προέρχονται από τις ακτές της Τουρκίας, στην παρούσα εργασία επιχειρείται ο προσδιορισμός της συχνότητας της παρουσίας και της τυπολογίας των παραμορφώσεων σε επτά είδη ψαριών, από τρία λιμάνια του Κόλπου των Χανίων. Αποτελεί συνέχεια της εργασίας των Chatzakis et al. (2024, J. Fish Dis. 47, e13992) στην οποία κατεγράφησαν παραμορφώσεις σε δέκα είδη ψαριών. Σε εκείνη την εργασία παρατηρήθηκαν υψηλές συχνότητες παραμορφώσεων σε κάποια είδη που προέρχονταν από την περιοχή της Νέας Χώρας. Για τον λόγο αυτό η περιοχή αποτέλεσε ένα από τα σημεία δειγματοληψίας της παρούσας εργασίας. Με βάση το γεγονός ότι οι υψηλότερες συχνότητες παρατηρηθήκαν εντός του λιμανιού, στην παρούσα εργασία συγκρίνουμε τα ίδια είδη από διαφορετικά λιμάνια για να δούμε το κατά ποσό τοπικό είναι το φαινόμενο. Επιπρόσθετα, συγκρίνουμε είδη που αναπαράγονται εντός και εκτός των λιμανιών για να προσδιορίσουμε το που εντοπίζονται οι παράγοντες που προκαλούν τις παραμορφώσεις.Skeletal abnormalities in fish from wild populations are relatively rare either because the frequencies of occurrence are limited and/or because malformed fish are eliminated from the population through natural selection. The deformities are created during the early ontogenetic stages where the osteogenesis of the skeleton takes place. These stages are 1) the embryonic, 2) the yolksack larva, 3) the preflexion larva, 4) the larva during flexion, 5) the post-flexion larva, 6) the juvenile stage. During these stages, young fish are exposed to stressors as they have limited abilities for voluntary movement, which turns the fish into excellent biomarkers of ecosystem condition (Authman et al. 2015). The presence of deformities in nature is mainly a result of adverse environmental conditions and pollution. For this reason, increased frequencies of deformed individuals in natural populations raise concerns among researchers about the state of the environment. As the study of deformities in wild fish populations in Greece is characterized by a severe lack of literature, with most reports coming from the coasts of Turkey, this paper attempts to determine the frequency of presence and typology of deformities in seven (7) fish species from three ports in the Gulf of Chania and is a continuation of the work of Chatzakis et al. 2024 who recorded deformities in ten (10) species. In that work, high frequencies of deformities were observed in some species originating from the area of Nea Chora. For this reason, the area became one of the sample points of the present work. Based on the fact that the highest frequencies were observed within the harbor, in the present work we compare the same species from different harbors to see how much the phenomenon is local and in addition we compare species breeding inside and outside the harbors to determine where the causative factors of the deformities are located
The biology and ecology of the bivalve Arca noae Linnaeus, 1758 in the north coast of Crete
No full textΣτη παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η βιολογία και οικολογία της
καλόγνωμης (Arca noae, Linnaeus 1758) στον όρμο της Ελούντας. Αρχικά, καλύφθηκαν
δυο σημαντικά κενά γνώσης σχετικά με την περιοχή μελέτης καθώς περιεγράφηκαν οι
περιβαλλοντικές συνθήκες του όρμου μέσω της δημιουργίας μιας χρονοσειράς αβιοτικών
μετρήσεων διάρκειας 2 ετών. Η τελευταία έδειξε πως οι συνθήκες της Ελούντας διαφέρουν
από αυτές της ανοικτής θάλασσας καθώς η θερμοκρασία και η αλατότητα έχουν
χαμηλότερες τιμές κατά τη διάρκεια του χειμώνα και υψηλότερες το καλοκαίρι.
Παράλληλα, καταγράφηκε η βιοκοινωνία των φωτόφιλων εδραίων οργανισμών που
διαβιούν στους βραχώδεις υφάλους της περιοχής μελέτης. Πιο συγκεκριμένα,
περιεγράφηκαν τα είδη που την απαρτίζουν και έγινε σύγκριση των σχετικών αφθονιών
τους στο σκληρό υπόστρωμα δυο διαφορετικών προσανατολισμών. Στους υφάλους με
κάθετο προσανατολισμό η βιοκοινωνία βρέθηκε να αποτελείται από περισσότερα είδη τα
οποία επίσης συναντώνται σε μεγαλύτερες αφθονίες σε σύγκριση με αυτά των υφάλων με
οριζόντιο προσανατολισμό. Ακολούθως, μελετήθηκε ο μοναδικός για τις Κρητικές ακτές
πληθυσμός της καλόγνωμης με την καταγραφή των πυκνοτήτων του, οι οποίες βρέθηκαν
κατά τόπους ιδιαίτερα υψηλές και της μορφομετρίας του η οποία έδειξε ότι ο πληθυσμός
απαρτίζεται από μικρόσωμα άτομα σε σύγκριση με άλλες περιοχές της Μεσογείου. Επίσης,
διερευνήθηκε η αναπαραγωγή του πληθυσμού στον όρμο της Ελούντας μέσω ιστολογικής
ανάλυσης η οποία έδειξε ότι αυτός ακολουθεί τα αναπαραγωγικά πρότυπα που έχουν
περιγραφεί και σε άλλες μελέτες και η στρατολόγηση νέων ατόμων καλόγνωμης στον όρμο
με χρήση πειραματικών συστοιχιών εγκατάστασης (spat collectors) η οποία βρέθηκε να
είναι ιδιαίτερα χαμηλή. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μια πειραματική μεταφορά και
μετεγκατάσταση ενός μικρού πληθυσμού καλόγνωμης από τον όρμο της Ελούντας στις
εγκαταστάσεις του Υποθαλάσσιου Βιοτεχνολογικού Πάρκου Κρήτης με σκοπό την μελέτη
της επιβίωσης του είδους σε φυσικές και τεχνητές επιφάνειες σε συνθήκες ανοιχτής
θάλασσας. Η μετεγκατάσταση αυτή προκάλεσε χαμηλά επίπεδα θνησιμότητας και στα δυο
είδη επιφανειών σε αντίθεση με παρόμοιες προσπάθειες από άλλες περιοχές. Τέλος,
διερευνήθηκε η μηχανική καταπόνηση (αποκόλληση από το υπόστρωμα) με μοριακές
μεθόδους, η οποία είναι αποτέλεσμα των διαχειριστικών χειρισμών στους οποίους θα
υπόκειται η καλόγνωμη σε συνθήκες καλλιέργειας. Βρέθηκε ότι η καταπόνηση αύτη δεν
προκαλεί μια μεγάλη απόκριση των πρωτεϊνών θερμικού σοκ, οι οποίες χρησιμοποιήθηκαν
ως δείκτης και η αποκόλληση της καλόγνωμης από το υπόστρωμα μπορεί να
χαρακτηριστεί ως μια ήπια διαχειριστική ενέργεια.In this doctoral dissertation, the biology and ecology of the Noah's Ark shell (Arca noae,
Linnaeus 1758) were studied in the bay of Elounda. Initially, two significant knowledge
gaps related to the study area were addressed by describing the environmental conditions
of the bay through the creation of a two-year time series of abiotic measurements. This
series showed that the conditions in Elounda differ from those of the open sea, with lower
temperatures and salinity in winter and higher values in summer. Additionally, the
biocoenosis of photophilous sessile organisms inhabiting the rocky reefs of the study area
was recorded. Specifically, the species composition was described, and the relative
abundances of these species on hard substrates with two different orientations were
compared. It was found that reefs with a vertical orientation hosted a greater number of
species, which were also found in higher abundances compared to those on horizontally
oriented reefs. Subsequently, the unique population of A. noae on the Cretan coast was
studied by documenting its densities, which were found to be particularly high in some
locations, and its morphometrics, which indicated that the population consists of smaller
individuals compared to other areas of the Mediterranean. The reproduction of the
population in the bay of Elounda was also investigated through histological analysis, which
revealed that it follows reproductive patterns similar to those described in other studies,
and the recruitment of new A. noae individuals in the bay was assessed using experimental
spat collectors, which showed particularly low recruitment rates. An experimental transfer
and relocation of a small population of A. noae from the bay of Elounda to the facilities of
the Underwater Biotechnological Park of Crete was then conducted to study the species'
survival on natural and artificial surfaces under open sea conditions. This relocation
resulted in low mortality levels on both types of surfaces, in contrast to similar efforts in
other areas. Finally, the mechanical stress (detachment from the substrate) was investigated
using molecular methods, which is a result of the management practices to which Arca
noae would be subjected under cultivation conditions. It was found that this stress does not
cause a significant response in the heat shock proteins, which were used as an indicator,
and the detachment of A. noae from the substrate can be characterized as a mild
management action