163559 research outputs found
Sort by
테이-삭스병 세포 모델을 이용한 신경 퇴행 원인으로의 철-의존적 세포 사멸 연구
Get PDF학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 약학대학 약학과, 2024. 2. 차혁진.Tay-Sachs disease (TSD) is a neurodegenerative disease characterized by neuronal cell deaths. This is caused by a mutation in the HEXA gene, which
encodes the α subunit of β-N-acetylhexosaminidase A (Hex A), resulting in the accumulation of lysosomal GM2 ganglioside. Despite the high demand for therapeutic approaches, a lack of in vitro models exhibiting pathogenic phenotypes not only hinders drug screening but also research into the mechanism behind its pathogenicity. This study established HEXA mutant in vitro models using cytosine base editor (CBE) in both glioma cells and human embryonic stem cells (hESCs). In HEXA mutant glioma cells, the accumulation of GM2 ganglioside and the enlarged lysosomes were associated with lysosome dysfunctions, such as impaired autophagy flux and high lysosomal membrane permeability. The high sensitivity of the HEXA mutants to ferroptosis upon GPX4 inhibition may account for neuronal cell death in TSD. Furthermore, the establishment of an isogenic pair of hESCs harboring HEXA mutation revealed no distinct pathophenotype akin to the normal development of TSD patients. Instead, brain organoids derived from HEXA mutant hESCs exhibited the repressed mevalonate pathways, as determined by transcriptome analysis of TSD brains, and reduced level of CoQ10, potentially contributing to ferroptosis susceptibility. Thus, the brain organoid model offers a unique in vitro approach to understanding neuronal cell death in TSD patients.테이-삭스병 (Tay-Sachs disease)은 신경세포의 사멸을 특징으로 하는 신경퇴행성 질환이다. 이 질환은 β-hexosaminidase A의 α subunit을 암호화하는 HEXA 유전자의 돌연변이에 의해 발생하며, 이로 인해 리소좀 (lysosome) 내에 GM2 ganglioside가 축적된다. 그동안 테이-삭스병 치료법에 대한 연구 필요성이 제기되어 왔지만, 병원성 표현형을 나타내는 질환 모델의 부족으로 인해 그동안 약물 스크리닝 및 발병 기전 연구에 어려움을 겪어왔다.
본 연구에서는 cytosine base editor 의 정밀 염기 교정 기법을 사용하여 HEXA 돌연변이를 가진 신경교종세포와 인간 배아줄기세포 모델을 성공적으로 확립했다. 돌연변이 신경교종세포에서 GM2 ganglioside 의 축적과 리소좀의 크기 증가가 나타났으며, 이는 autophagy flux 이상, 리소좀 막 투과성 증가와 같은 리소좀 기능 장애와 관련이 있음을 확인했다. 뿐만 아니라 돌연변이주는 GPX4 억제에 따른 ferroptosis 에 높은 민감도를 보였으며, 이를 통해 테이-삭스병에서 나타나는 신경세포의 사멸 기작을 설명할 수 있었다. 배아줄기세포 질환 모델 쌍은 테이-삭스병 환자가 발달과정에 이상이 없는 것과 같이 뚜렷한 병태 표현형을 나타내지 않았다. 하지만 배아줄기세포에서 유래된 뇌 오가노이드는 테이-삭스병 환자 뇌의 전사체 분석 결과와 동일하게 mevalonate pathway 가 하향 조절되어 있었다. 이에 따라 감소한 coenzyme Q10 은 이전 결과에서 보인 돌연변이에서의 높은 ferroptosis 감수성을 설명했다. 따라서 뇌 오가노이드 모델은 테이-삭스병 환자에서 나타나는 신경세포 사멸 기작을 연구하기 위한 모델로써 새로운 접근법을 제공한다.Abstract １
Table of Contents ２
List of Figure ４
List of Table ５
Abbreviations ６
Introduction ７
Materials and Methods １１
Results １９
Discussion ３６
국문 초록 ３８
Bibliography ４０석
A longitudinal study with over five years of follow-up
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 의과대학 의학과, 2024. 2. 윤인영.배경: 본 연구는 특발성 렘수면행동쟁애 환자에서 5년 이상의 긴 관찰 기간 인지기능을 추적 조사한 결과를 바탕으로, 시간에 따른 인지기능 변화를 탐색하고자 했다. 전체 환자집단 대상 분석뿐만 아니라, 특성별 하위그룹 분석을 통해 서로 다른 경과를 보일 수 있는 잠재적 아형을 찾고자 했다.
방법: 5년 이상 추적관찰 기간의 확보하기 위해 특발성 렘수면행동장애 진단 후 최소 5년 동안 다른 신경 퇴행성 질환으로의 표현형 전환이 없는 자만 본 연구에 포함되었다. 정기적으로 추적 시행한 반복측정 신경심리학적 검사 결과를 후향적으로 수집했고, 검사 점수는 나이, 성별, 교육 연수를 보정한 표준점수(z-점수)로 제시되었다. 시간에 따른 인지 변화를 분석하기 위해 통계 방법으로는 임의 절편 선형 혼합모델을 사용했다. 두 가지 하위그룹 분석을 각각 시행했는데, 하나는 표현형 전환이 되지 않고 특발성 렘수면행동장애에 머물러 있는 기간에 따라 10년 이상(장기 지속 그룹)과 5-9.9년(중간기간 지속 그룹)을 나누어 각각 시간에 따른 인지기능 변화를 분석했다. 또 하나의 하위그룹 분석은 성별 간 차이를 보기 위해, 남성과
여성을 나누어 각각 분석했다.
결과: 총 162명의 특발성 렘수면행동장애 환자(여성 47명, 29%)로부터 318개의 신경인지검사 데이터가 연구에 포함되었다. 렘수면행동장애 진단과 기저 신경인지검사를 시행할 당시 환자들의 나이는 평균 65.6 ± 6.7세였다. 평균 추적 관찰 기간은 7.7 ± 2.6년이었다. 전체 환자군 대상 분석 결과, 시간에 따라 선형적으로 감소하는 추세가 주로 '주의력 및 작업기억력'과 '기억력' 영역의 소검사들에서 관찰되었다. 특히 스트룹 검사의 색상 말하기 하위 검사(β= −0.054, 95% 신뢰 구간(CI) −0.074 to−0.054), 기호 바꿔쓰기 검사(β= −0.084, 95% CI −0.102 to−0.066), 그리고 단어 목록 회상(β = −0.054, 95% CI −0.078 to−0.030)에서 유의한 감소 추세를 보였다. '언어' 영역에서는 유의한 감소 추세가 관찰되지 않았다. 시각 공간 기능 영역은 장기 지속 그룹(n = 33)에서만 그중에서도 난도가 높은 토막짜기 검사에서만 시간에 따라 유의하게 감소하는 추세를 보였다. 특발성 렘수면행동장애 환자에서의 시간에 따른 인지기능 변화는 남녀 간 차이를 보였는데, 여성은 주의력 및 작업기억력 영역의 두 하위 검사에서만 유의미한 감소 추세가 관찰되었는데, 이는 숫자 외우기 검사(β = −0.055, 95% CI −0.102 to −0.008)와 기호 바꿔쓰기 검사(β = −0.082, 95% CI −0.121 to −0.043)이다. 반면,남성은 더 광범위한 주의력, 작업기억력, 기억력의 감소 추세를 보였다.
결론: 시간 경과에 따른 주의력 및 작업기억력, 기억력에서의 점진적인 인지기능 감퇴는 특발성 렘수면행동장애의 신경 퇴행 과정의 일부로서 자연 경과일 수 있겠으며, 이가 반드시 표현형 변환의 위험도의 증가를 의미하는 것은 아닐 수 있겠다. 또 남녀차이가 관찰되었는데, 여성은 남성에 비해 드러나는 인지기능 감소 진행이 전반적으로 적어 인지기능이 비교적 보존되는 경향이다.Background: This study investigated cognitive changes in isolated REM sleep behavior disorder (iRBD) over an extended follow-up period, analyzing cognitive trends both in the overall population and within distinct subgroups to uncover potential heterogeneity among the population.
Methods: Individuals who have retained their iRBD diagnosis without phenoconversion to other neurodegenerative disorders for at least five years after their initial diagnosis were included in this study. Repeated neuropsychological (NP) tests were retrospectively retrieved and were presented with age-, sex-, and education years-adjusted z-scores. The random intercept linear mixed models (LMMs) were conducted to assess cognitive change over time. Subgroup analyses were conducted for long-standing iRBD (iRBD for 10 years or more) and medium-standing iRBD (iRBD for 5-9.9 years), and for men and women with iRBD.
Results: A total of 318 NP test data from 162 iRBD patients (47 women, 29%) were included. The average age of the patients at diagnosis of iRBD was 65.6 ± 6.7 years and the average follow-up duration was 7.7 ± 2.6 years. Overall, linear declining performances over years were observed for attention and working memory and memory domains, especially in color naming subtest of Stroop test (β= −0.054, 95% confidence intervals (CI) −0.074 to −0.054), Digit Symbol (β= − 0.084, 95% CI −0.102 to −0.066), and Word List Recall (β = −0.054, 95% CI −0.078 to −0.030). LMM was not significant for any test in language and visuospatial function domains. Long- standing iRBD patients (n = 33) exhibited a linear decline in performance across attention and working memory, memory, and visuospatial function domains. For women with iRBD, the significant linear decline was only observed in two subtests in attention and working memory domain, digit span forward (β = −0.055, 95% CI −0.102 to −0.008) and Digit Symbol (β = −0.082, 95% CI −0.121 to −0.043). In contrast, men exhibited linear declines across most subtests within the attention and memory domain, as well as subtests in memory domain.
Conclusions: The gradual cognitive change in attention and working memory, and memory might be a natural course for men with iRBD as part of the process of neurodegeneration, without necessarily indicating an increased risk of phenoconversion. Women with iRBD may exhibit greater resilience to the progression of cognitive decline than their male counterparts. Keywords: REM Sleep Behavior Disorder, Cognition, Neuropsychological Tests, Parkinson Disease, Lewy Body Disease, Neurodegenerative Diseases, Synucleinopathies Student Number: 2018-23404Abstract i
Table of Contents iv
List of Tables vii
List of Figures ix
List of Abbreviations x
Chapter 1. Introduction 1
1.1.Isolated REM Sleep Behavior Disorder (iRBD)as a Prodromal Stage 1
1.2. Cognitive Alterations as Biomarkers 2
1.3. Longstanding iRBD 4
1.4. Sex Difference in iRBD 5
1.5. Research Objectives 5
Chapter 2. Methods 7
2.1. Participants 7
2.2. Measurements & Outcomes. 9
2.2.1. Neuropsychological Assessment for Cognition 9
2.2.2. Other Measurements 12
2.3. Statistical Analysis 13
Chapter 3. Results 15
3.1. Study Overview and Participants 15
3.2. The Overall Longitudinal Trend of Cognitive Change . 20
3.3. Long- and Medium-standing iRBD 27
3.3.1. Comparison of Demographics and Baseline Cognitive Function 27
3.3.2. Comparison of Longitudinal Trends in Cognitive Changes 32
3.4. Men and women with iRBD 35
3.4.1. Comparison of Demographics and Baseline Cognitive Function 35
3.4.2. Comparison of Longitudinal Trends in Cognitive Changes 44
Chapter 4. Discussion 48
4.1. Linear Trend of Cognitive Decline in Attention, Working Memory, and Memory 49
4.2. Sex Difference in Cognitive Alterations in iRBD 50
4.3. Visuospatial Function in iRBD 51
4.3. Limitations & Future Works 53
Chapter 5. Conclusion 56
Acknowledgment 57
References 58
국문 초록 65박
한국인 췌장암 환자의 타액, 대변 및 혈액에서의 마이크로바이옴 조성 비교 연구
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 의과대학 의학과, 2024. 2. 조성엽.Introduction: Microbiome composition in malignancy showed inconsistent patterns across various studies, revealing a lack of coherence. Furthermore, the composition of the microbiome is influenced by a multitude of factors. This study aimed to find the composition of the microbiome from saliva, feces, and blood in Korean patients with pancreatic cancer.
Method: A group of 31 Korean patients with pancreatic cancer and 24 healthy controls were matched for gender and age. Microbiome analysis of saliva, feces, and blood were conducted using 16S rRNA amplicon sequencing.
Results: Comparable baseline characteristics are shown between patients and controls, with no significant difference in median age (69 vs. 65 years, p=0.81) and distribution of males (n=18 (60%) vs. n=16 (66.7%), p=0.61). Alpha-diversity of saliva exhibited no significant difference (median Shannon index 6.45 vs. 6.22, p=0.42), whereas fecal alpha-diversity was significantly lower in patients with pancreatic cancer (median Shannon index 6.19 vs. 6.52, p = 0.013) and vice versa in blood (Shannon index 8.00 vs. 7.49, p<0.001). Beta-diversity analysis revealed significant differences across all three sample types (saliva: Bray-Curtis R2=0.07, p=0.014; feces: R2=0.13, p=0.001; blood: R2=0.21, p=0.001). Taxonomic classification showed that Cyanobacteria, Bulleidia, Lactobacillus, and Saccharimonadaceae were enriched in the saliva from patients with pancreatic cancer. Enterobacter and Sellimonas were abundant in feces from patients with pancreatic cancer, while Alistipes, Ruminococcus, and Slackia were enriched in feces from healthy controls. Acetobacter, Ochrobactrum, Ruminococcus, Sellimonas, and Lachnospiraceae were abundant in blood from patients with pancreatic cancer. However, Actinobacteria, Verrucomicrobia, Eubacterium, Akkermansia, Butyricicoccus, Enterococcus, Erysipelatoclostridium, Gemella, Neisseria, Parvimonas, Prevotella, Ralstonia, Rothia, Streptococcus, and Weeksellaceae were enriched in blood from healthy controls. Through microbial network analysis in the blood, differences in network composition were identified between healthy controls and patients with pancreatic cancer. Healthy controls exhibited a higher clustering coefficient and lower average path length compared to pancreatic cancer patients. Additionally, when comprehensively analyzing the richness of taxonomic analysis and key strains involved in network formation, Streptococcus in the blood of patients with pancreatic cancer showed distinct richness compared to the healthy controls and significant role in network formation.
Conclusion: For the first time in the Korea population, this study identifies distinctive microbial strains present in saliva, feces, and blood that distinguish pancreatic cancer patients from healthy individuals. The outcomes in this study could be a guide for further study to understand the relationship between microbiome and pancreatic cancer in Korean.배경: 췌장암 환자들을 대상으로 미생물군에 대한 다양한 연구가 진행되었으나. 연구 결과는 일관성이 없었다. 또한 한국인 췌장암 환자들을 대상으로 건강한 대조군과 비교하여 진행된 검체 별 비교 연구는 제한적이었다. 이에 본 연구는 한국인 췌장암 환자의 타액, 대변 및 혈액의 특징적인 미생물군 조성에 대하여 확인해 보고자 하였다.
방법: 성별 및 연령을 기준으로 맞춰서 31명의 한국인 췌장암 환자와 24명의 건강한 대조군을 대상으로 하였다. 타액, 대변 및 혈액의 미생물군 분석은 16S rRNA amplicon sequencing으로 진행하였다.
결과: 본 연구에 참여한 환자와 대조군 간에 기본적인 조건들은 양군 간 차이가 없었다. 양군의 중위 연령 (69세 대 65세, p=0.81) 및 성별 분포 (남성: n=18 (60%) 대 n=16 (66.7%), p=0.61)에서 유의한 차이가 없었다. 타액의 알파 다양성은 유의한 차이가 없었으며(median Shannon index 6.45 대 6.22, p=0.42), 췌장암 환자의 대변 알파 다양성은 건강한 대조군보다 유의하게 낮았다(median Shannon index 6.19 대 6.52, p=0.013). 또한, 혈액 샘플에서는 환자들이 건강한 대조군보다 더 큰 알파 다양성을 보였다 (median Shannon index 8.00 대 7.49, p<0.001). 베타 다양성 분석은 모든 세 가지 샘플 유형 간에 유의한 차이를 보였다(타액: Bray-Curtis R2=0.07, p=0.014; 대변: R2=0.13, p=0.001; 혈액: R2=0.21, p=0.001). 분류학적 분석은 Cyanobacteria, Bulleidia, Lactobacillus, 및 Saccharimonadaceae 가 췌장암 환자의 타액에서 풍부하게 관찰되었다. Enterobacter 와 Sellimonas는 췌장암 환자의 대변에서 풍부했고, Alistipes, Ruminococcus, 와 Slackia는 건강한 대조군의 대변에서 풍부했다. Acetobacter, Ochrobactrum, Ruminococcus, Sellimonas, and Lachnospiraceae는 췌장암 환자의 혈액에서 풍부하게 관찰되었다. 건강한 대조군의 혈액에서는 Actinobacteria, Verrucomicrobia, Eubacterium, Akkermansia, Butyricicoccus, Enterococcus, Erysipelatoclostridium, Gemella, Neisseria, Parvimonas, Prevotella, Ralstonia, Rothia, Streptococcus, and Weeksellaceae 가 풍부하게 관찰되었다. 혈액 내 미생물 네트워크 분석을 통해 건강한 대조군과 췌장암 환자 간의 네트워크 조성의 차이를 확인하였다. 네트워크 형성에서 주요 역할을 하는 균주와 양군 균주들의 풍부도의 차이를 종합적으로 분석하였을 때, 췌장암 환자의 혈액에서 Streptococcus가 건강한 대조군과는 구별되는 풍부도를 가지며, 네트워크 형성에 중요한 역할을 하는 균주로 확인되었다.
결론: 본 연구는 기존 연구에서는 제한적이었던 한국인 췌장암 환자들의 타액, 대변, 혈액에서 관찰되는 특징적인 미생물 구성을 확인하였다. 이는 추후 미생물과 췌장암을 이해하기 위한 추가 연구의 기초 자료가 될 것이다.1. Introduction 1
2. Methods 3
3. Results 9
4. Discussion 55
5. References 60
국문 초록 66박
물질 사용 장애에서 나타나는 의사결정의 계산적 및 다형유전 위험 프로파일: 각성제와 아편제의 유사성 및 차이점
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 사회과학대학 심리학과, 2024. 2. 안우영.Impulsive decision-making has been associated with substance use disorder, yet it is still debatable whether it is a predisposing risk factor or a consequence of such disorders. To address this question, we conducted two parallel studies involving individuals mono-dependent on either stimulants or opioids, their substance-unaffected siblings, and controls (N=656) in Bulgaria.
The first study utilized multiple decision-making tasks (Iowa Gambling Task (IGT), Cambridge Gambling Task (CGT), Balloon Analogue Risk Task (BART), Delayed Reward Discounting Task (DRDT)) and computational modeling to explore the similarities and differences in amphetamine and heroin addiction. Additionally, it aimed to identify potential endophenotypes through a sibling comparison design. The results indicated that low outcome frequency weight and high perseverance decay in IGT were potential endophenotypes shared by both substances, while high perseverance weight in IGT and a high delay discounting rate in DRDT were potential consequences of both substances. Notably, reduced loss aversion in IGT and CGT emerged as potential endophenotypes unique to heroin addiction.
In the second study, we explored the effect of substance dependence on decision-making and its heterogeneity, considering the influence of Polygenic Risk Score (PRS). Employing a newly developed causal machine learning model, generalized random forest, we observed significant average drug effects and individual drug effects for both heroin and amphetamine dependence, indicating an increase in impulsive decision-making (at the uncorrected p-value level). Individual differences in drug effects were associated with diverse risk and protective factors. The heroin model identified AUDIT-P (problematic drinking) PRS and maximum alcohol use PRS as risk factors, while the amphetamine model identified AUDIT-P PRS and opioid dependence PRS as risk factors. As for protective factors, the heroin model recognized openness to experience PRS, AUD PRS, and bipolar disorder PRS, while the amphetamine model identified AUD PRS and maximum alcohol use PRS.
The findings suggest that predisposing risks may manifest in specific facets of impulsive decision-making, while consequences may be reflected in overall, broader impulsive decision-making. Additionally, the study identified both similarities and differences in decision-making and polygenic risks between stimulants and opioids. It would contribute to understanding the vulnerability and outcomes of various types of substance addictions, offering potential insights for personalized treatment and prevention strategies in clinical practice.충동적인 의사 결정은 약물 중독 관련이 있다고 알려졌지만, 그것이 약물 중독에 선행하는 위험 요인인지 혹은 중독의 결과물인지에 대해서는 아직 명확히밝혀지지 않았다. 이에 본 논문에서는 불가리아에서 수집된 단일 약물 중독 환자들(암페타민 혹은 헤로인)과 그들의 건강한 형제 자매 그리고 통제 집단으로 구성된 약 656명의 자료를 분석하여 두 가지 연구를 병렬적으로 진행하였다.
첫 번째 연구에서는 여러 의사 결정 과제(Iowa Gambling Task (IGT), Cambridge Gambling Task (CGT), Balloon Analogue Risk Task (BART), Delayed Reward Discounting Task (DRDT)) 및 계산 모델링을 활용하여 암페타민 및 헤로인 중독 환자에서의 유사점과 차이점을 파악하였다. 또, 형제 간 비교 설계를 통해 잠재적 내적 표현형을 식별하고자 했다. 결과적으로 IGT에서 낮은 보상 빈도 가중치(outcome frequency weight)와 높은 반복 선택 감퇴(perseverance decay)가 두 약물에서 공통적인 잠재적 내적 표현형일 수 있음을 확인했으며, IGT의 높은 반복 선택 가중치(persevance weight)와 DRDT의 높은 지연 할인율(delay discounting rate)는 두 약물 사용의 결과물일 수 있음을 확인했다. 특히, IGT와 CGT에서의 손실 회피(loss aversion) 감소는 헤로인 중독에 특이적인 잠재적 내적 표현형으로 나타났다.
두 번째 연구에서는 다양한 유전적 위험 점수(polygenic risk score; PRS)의 영향을 고려하여 약물 중독이 의사 결정에 미치는 영향과 그러한 영향의 개인간 이질성에 대해 파악하였다. 최근 발전된 인과적 기계 학습 모델, 일반화된 랜덤 포레스트(generalized random forest)를 사용하여 헤로인 및 암페타민 중독의 유의한 평균 및 개인 처치 효과를 관찰했으며, 이는 충동적인 의사 결정이 증가였다(다중 검정 유의성 교정 전 수준). 개인 간 처치 효과의 차이에 영향을 주는 다양한 위험 및 보호 요인을 파악하였다. 헤로인에서는 AUDIT-P (문제적 음주) PRS 및 최대 음주량 PRS가 위험 요인으로 확인되었고, 암페타민에서는 AUDIT-P PRS 및 아편제 의존 PRS가 위험 요인으로 확인되었습니다. 보호 요인으로는 헤로인에서는 경험에 대한 개방성 PRS, 알코올 사용 장애 PRS, 그리고 양극성 장애 PRS가 나타났고, 암페타민에서는 알코올 사용 장애 PRS와 최대 음주량 PRS가 파악되었다.
본 논문의 결과는 충동적인 의사 결정의 특정 측면은 약물 중독에 선행하는 위험 요인, 보다 폭넓은 측면은 결과 요인일 수 있음을 시사한다. 본 논문은 약물 중독에 대한 사전 취약성과 사후 영향을 이해하는 데 기여할 수 있으며, 임상 실무에서 맞춤형 치료 및 예방 전략에 대한 통찰을 제공할 수 있다는 점에서 의의가 있다.Abstract i
Chapter 1 Background 1
1.1 Substance use disorder 1
1.1.1 Psychostimulants 3
1.1.2 Opioids 5
1.1.3 Other substances 8
1.2 Impulsivity 9
1.3 Computational psychiatry 11
1.3.1 Two cultures of computational psychiatry 11
1.3.2 Computational modeling of decision-making in addiction 12
1.4 Research question 19
Chapter 2 Computational Risk Profiles of Decision-Making in Substance Use Disorders: Similarities and Differences Between Stimulants and Opiates 21
2.1 Introduction 21
2.1.1 Impulsive decision-making in addiction 22
2.1.2 Endophenotype 24
2.1.3 Impulsivity as an endophenotype for addiction 25
2.1.4 Research gap 27
2.1.5 Research aim 28
2.2 Methods 29
2.2.1 Participants 29
2.2.2 Measurement 30
2.2.3 Analysis 33
2.3 Result 42
2.3.1 Group characteristics 42
2.3.2 Computational modeling 42
2.3.3 Model parameters 47
2.3.4 Common characteristics of heroin and amphetamine 47
2.3.5 Unique characteristics of heroin and amphetamine 48
2.3.6 Potential endophenotypes 48
2.4 Discussion 50
2.4.1 Perseverance rather than frequent reward governs choice behavior 51
2.4.2 High perseverance decay is found in all substance use disorder groups and their siblings 52
2.4.3 High delay discounting as a consequence of drug use 53
2.4.4 Reduced loss sensitivity in the heroin use disorder group 53
2.4.5 No unique pattern in amphetamine 56
2.4.6 Limitations and future directions 56
2.4.7 Conclusions 58
Chapter 3 Heterogeneity in Impulsive Decision-Making Associated with Substance Use Disorders: Exploring Polygenic Risks and Comparing Stimulants and Opiates 62
3.1 Introduction 62
3.1.1 Polygenic risk scores 62
3.1.2 Causal inference using a statistical approach 65
3.1.3 Research gap 68
3.1.4 Research aim 69
3.2 Method 69
3.2.1 Participants 69
3.2.2 Measurement 69
3.2.3 Analysis: generalized random forest 73
3.3 Result 75
3.3.1 Group characteristics 75
3.3.2 Average drug effect 75
3.3.3 Heterogeneity in conditional average drug effect 76
3.3.4 Risk and protective factors 78
3.3.5 Gender difference 80
3.4 Discussion 83
3.4.1 Average and individual drug effects 83
3.4.2 Polygenic risks for vulnerability 84
3.4.3 Polygenic risks for resilience 86
3.4.4 Gender difference 89
3.4.5 Limitations and future directions 89
Chapter 4 General Discussion 96
4.1 Summary of study 96
4.2 Impulsive decision-making as a predisposing risk or consequence of drug use 99
4.2.1 Evidence for predisposing factor 99
4.2.2 Evidence for consequence 100
4.2.3 Conclusion 101
4.3 Limitations and future directions 102
References 104
Appendix A Supplementary Material 140
Appendix B Causal Role of the Dorsolateral Prefrontal Cortex in Modulating the Balance Between Pavlovian and Instrumental Systems in the Punishment Domain 147
Appendix C Curriculum Vitae 165
국문초록 170박
인도네시아에서 남편의 통제적 행동과 가정 내 파트너 폭력
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 국제대학원 국제학과, 2024. 2. Ki-Soo Eun.배우자 간 폭력(IPV)은 결혼 관계 내에서 흔한 문제로, 종종 인도네시아를 포함한 사회 전반에 깊게 뿌리를 둔 가부장적인 제도의 영향을 받습니다. IPV에 대한 광범위한 연구에도 불구하고, 친밀한 관계에서 남편의 통제 행동을 이해하는 데는 거의 주의가 기울여지지 않았습니다. 이는 정신/심리적 손상으로 이어질 수 있어 폭력으로 분류될 수 있습니다(WHO, 2010). 본 연구는 인도네시아에서 남편의 통제 행동과 IPV 간의 패턴, 원인, 그리고 관련성을 조사합니다. 결과는 가족 지출에 더 많은 금전적 자원을 기여하는 여성이 남편의 통제 행동을 더 자주 경험할 가능성이 있다는 것을 보여줍니다. 이는 상대적 자원 이론에 따라 여성이 더 많은 자원을 가지고 있다는 것이 남성의 정체성에 도전할 수 있어 폭력, 특히 남편의 통제 증가의 위험성으로 이어진다고 말하는 것과 일치합니다. 그러나 이러한 상대적 자원 변수 중 어느 것도 IPV 발생 가능성에 유의적인 영향을 미치지 않습니다. 그럼에도 불구하고 다른 변수들인 자주 발생하는 결혼 고발 및 남편의 행동 특성과 같은 것들이 여성이 폭력을 경험할 가능성을 예측하는 데 가장 큰 확률을 가지고 있습니다. 또한 본 연구에서는 남편의 통제 행동이 친밀한 파트너 간 폭력 발생 가능성과 관련이 있다는 것을 보여주었습니다. 이 연구는 인도네시아 사회에서 IPV를 완화하고 더 건강한 관계를 촉진하기 위한 대상적 개입을 설계하는 데 유용한 통찰력을 제공합니다.
키워드: 친밀한 파트너 폭력, 통제적 행동, 가정 폭력
학번: 2022-20303Controlling Behavior and Intimate Partner Violence in Indonesia
Siti Syarifah Hanum
International Development
Graduate School of International Studies
Seoul National University
Intimate Partner Violence (IPV) is a prevalent issue within marital relationships, often influenced by the deeply-rooted patriarchal system in society, including in Indonesia. Despite extensive research on IPV, little attention has been given to understanding the husbands controlling behavior in intimate relationships, which can also be categorized as violence as it could result in mental/psychological impairment (WHO, 2010). This study examines the pattern, causes, and association between husband's controlling behavior and IPV in Indonesia. Results showed that women who contribute more financial resources to family spending are at a higher risk of experiencing controlling behavior from their husbands. This is in line with the relative resource theory that stated that women with more resources potentially challenged men's identity, which resulted in the increased risk of experiencing violence, including husbands control. However, none of these relative resources significantly affect the likelihood of IPV. This study also included other variables that potentially influence the husbands control and IPV and found that relationship dynamics variables such as frequent marital disputes and the husbands behavioral characteristics have the biggest odds in predicting the likelihood of women experiencing violence. This study has also shown that the husband's controlling behaviors are associated with a higher probability of intimate partner violence. This research provides valuable insights for designing targeted interventions to mitigate IPV and promote healthier relationships in Indonesia's society.
Keywords: Intimate Partner Violence, Controlling Behavior, Domestic Violence
Student Number: 2022-20303Abstract i
Chapter I. Introduction 1
1. Research Background 1
2. Research Objective and Significance of Study 5
Chapter II. Country Profile 7
1. Demography 7
2. History of Womens Movement 8
3. Current Womens Status 9
4. Marriage Dynamics in Indonesia 11
Chapter III. Literature Review 13
1. Relative Resource Theory 13
2. Husband's Controlling Behavior and Intimate Partner Violence 16
3. Other Factors Affecting Intimate Partner Violence 19
Chapter IV. Methodology 22
1. Data 22
2. Variables 25
3. Methods 29
Chapter V. Results 30
1. Descriptive Analysis 30
2. Multivariate Regression Analysis 46
Chapter VI. Summary and Conclusion 69
1. Summary 69
2. Conclusion 71
3. Limitations and Further Implications 73
Bibliography 75
Appendix A 81
Appendix B 82
Appendix C 83
Abstract(Korean) 84석
소프트 로봇 모델링의 향상된 설명 가능성을 위한 데이터 효율성 기반 기계학습
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 기계공학부, 2024. 2. Yong-Lae Park.Soft robots utilize the benefits associated with soft materials, which are attracting interest in various fields of application. However, a trade-off arises when modeling the behavior of these robots. Models that consider hyperelastic terms or view the overall system as an extended rigid-bodied robot are often task-specific and hard to generalize. Machine intelligence, considering black-box approaches, can be used in place of task-specific modeling, but it still lacks explainability and requires a reasonable amount of data. Therefore, it is important to develop machine intelligence models whose performance is guaranteed with a small amount of data or that are robust against undesirable situations. In this dissertation, we focus on the development of machine intelligence techniques, specifically targeting efficient data utilization and model explainability in soft robotics. We first discuss the model generalization problem of soft sensors. Multiple sensors are often needed in robot systems or wearables, but using multiple calibration models is time-consuming. Furthermore, signal drift may occur when using the system over a long period. An optimal transport-based domain adaptation is used to compensate for these issues. Secondly, for computational efficiency, a limited number of sensors are often available. We have developed an algorithm for selecting sensor placement using Thompson sampling. Thirdly, we introduce a filtering algorithm for accurate state estimation in the presence of uncertainty, which uses information from both sensor and actuation models. Finally, we discuss a robust modeling and control algorithm for soft robots without prior knowledge. An exploration-based model learning approach is introduced for developing local models by adjusting the potential exploration task-space. With these approaches, control and sensing of soft robots are achievable in the presence of uncertainty while aiming for data efficiency.Abstract i
Contents ii
List of Tables vi
List of Figures vii
1 Introduction 1
2 Transfer Learning of Soft Sensor 6
2.1 Research Motivation and Related Works 6
2.2 Domation Adaptation Framework 9
2.3 Adaptive Calibration for Mass Production 11
2.4 Adaptive Calibration for Permanent Usage 14
2.5 Experimental Results 17
2.6 Discussion 23
3 Thompson Sampling-Based Optimal Sensor Placement 24
3.1 Research Motivation 24
3.2 Related Works 27
3.3 Problem Definition 27
3.4 Optimal Sensor Placement Framework 30
3.4.1 Evidence Lower Bound of Likelihood . 30
3.4.2 Prior Selection 31
3.4.3 Optimization 33
3.5 Validation: Sensor Placement For Body Motion Sensing 34
3.5.1 Experimental Setting 34
3.5.2 Results 37
3.6 Validation: Sensor Placement For Finger Tracking 38
3.6.1 Experimental Setting 38
3.6.2 Results 41
3.6.3 Comparison Analysis 43
3.6.4 Conclusion 44
4 Bayesian Filtering for State Estimation 46
4.1 Research Motivation 46
4.2 Background and Related Works 49
4.2.1 Modeling and State Estimation of Soft Robots 49
4.2.2 Variational Inference 51
4.2.3 Uncertainty in Soft Robot System 52
4.3 Probabilistic Modeling of Hysteresis Function 53
4.3.1 Mathematical Definitions and Assumptions 53
4.3.2 Modeling of Hysteresis Function as Probability Box 55
4.3.3 Modeling of Soft Robot with Dynamic Bayesian Network 57
4.4 Modeling and Filtering for Gaussian-class Uncertainty 59
4.5 Modeling and Filtering for non-Gaussian Uncertainty 62
4.6 Application 69
4.6.1 Materials and Fabrication 69
4.6.2 Experiments 70
4.6.3 GPR and VaI Settings 72
4.6.4 Results 77
4.7 Discussion 81
4.7.1 Temporal Flow and Analysis 81
4.7.2 Real Time Filtering 82
4.7.3 Stability 82
4.7.4 Expansion to Multi-Input Multi-Output Case 83
4.8 Future Work 83
5 Exploration-Based Model Learning for Control 86
5.1 Research Motivation and Related Works 86
5.2 Exploration-Based Model Learning 90
5.2.1 Algorithm Overview 90
5.2.2 Network Structures and Objectives 93
5.2.3 Utilizing Self-Attention Structure for Control and Learning 99
5.3 Validation in the Simulation . 104
5.4 Applications 107
5.4.1 Application 1: Trajectory Tracking of a Soft Robotic Manipulator 107
5.4.2 Application 2: Autonomous Manipulation of a Robotic Arm . 109
5.4.3 Application 3: Gait training of Quadruped Robot 112
5.5 Discussion 114
5.5.1 Ablation Study 114
5.5.2 Effect of Random Initialization .117
5.5.3 Network Structure and Component 119
5.5.4 Relation to Previous Methods 120
6 Conclusion 122
A Appendix: Projected Gradient Descent for Sensor Placement 125
B Appendix: Exploration-Based Learning Implementation Details 128
B.1 Learning Implementation 128
B.2 Simulation Environment 129
B.3 Soft Manipulator Experiment 130
B.4 Robotic Arm Environment 131
B.5 Quadruped Robot Experiment 132
Abstract (In Korean) 133박
고열전도성을 가진 분사형 방열 복합 소재의 설계
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 재료공학부, 2024. 2. Hyejin Jang.Design of Dispensable Thermal Interface Material with High Thermal Conductivity Jee-Hoon Kim Department of Materials Science and Engineering The Grad School Seoul National University Thermal Interface Materials (TIMs) have become increasingly crucial in enhancing the thermal dissipation capabilities of modern electronic devices, particularly as these devices continue to miniaturize while requiring advanced performance. The necessity for efficient heat dissipation is paramount; without it, electronic devices risk underperformance and shortened lifespans. In electronic assemblies, multiple material layers are often stacked, but even finely crafted surfaces yield actual contact areas at the interface of less than 10%, predominantly filled with air voids. Since the thermal conductivity of air is lower than that of liquids or solids, TIMs, which are applied in these states, are essential in replacing these voids with materials of higher thermal conductivity, thus facilitating improved heat dissipation. Among the varied types of TIMs, dispensable ones are particularly standing out due to their compatibility with automated processing. Yet, current research reveals a gap in a comprehensive model for optimal composite composition, primarily due to variability in particle filler characteristics such as size distribution, shape irregularity, and quality tolerance. While increasing the volume fraction of particle fillers can increase TIM thermal conductivity, it often compromises dispensability by elevating viscosity. To address this challenge, I propose a model that guides the selection of spherical particle sizes and their corresponding volume fractions, aiming to strike a balance between high thermal conductivity and manageable viscosity. Utilizing this model, I have developed a dispensable TIM with thermal conductivity exceeding that of leading commercial products, showcasing the potential of this approach in TIM advancement. Keyword: Thermal Interface Material, Dispensable, Gap Filler, Thermal conductivity, Viscosity, Composite. Student Number: 2022-25558최근 전자기기 및 부품이 지속적으로 소형화하고 요구 기술 수준이 고도화함에 따라 방열 문제가 부각되고 있다. 전자기기를 구성하는 재료 사이에 존재하는 계면 내의 실제 고체 간 접촉 면적은 10% 미만으로, 이외의 부분은 열전도도가 낮은 공기로 채워져 있어 방열 문제의 주요 원인으로 지목된다. 계면에서의 원활한 열 전달을 위해 부드러운 유기물 레진과 고 열전도도 무기물 필러로 구성된 복합물질인 열 계면 소재 (TIM)를 사용하는 것이 문제들에 대한 해결 방안으로 떠오르는 추세이다,
다양한 종류의 TIM 중에서도, 흐름성을 가지고 디스펜싱이 가능한 갭 필러는 최근 고도화되고 있는 자동화 공정에 적용이 가능하여 주로 연구되는 소재이다. 일반적으로 TIM의 열전도도는 무기물 필러의 부피 분율을 높임으로써 향상되지만 이 경우 점도가 과도하게 상승하여 흐름성이 저해될 수 있다. 현재까지 진행된 TIM, 특히 갭 필러에 대한 연구들은 이상적인 이론 및 계산에 기초한 만큼 실제 사용 시에는 열전도도나 물리적 물성 측면에서 괴리감이 존재하며, 이는 무기물 필러 측면만 고려했을 때 주로 필러 입자 사이즈의 분포도, 일정하지 않은 형상 및 입자의 순도 등의 문제점에서 기인한다. 디스펜싱을 위한 갭 필러에 대한 연구는 우수한 열전도도뿐만이 아니라 흐름성 또한 고려해야 하나 기존의 연구들의 경우 주로 경화 TIM의 열전도도의 향상에만 집중해 디스펜서블 갭 필러에 필수불가결한 낮은 점도를 동시에 달성하기 위한 연구는 아직 전무한 상황이다.
본 연구는 준수한 열전도도와 흐름성을 모두 확보할 수 있는 무기물 필러 입자의 사이즈와 부피 분율의 선정 모델을 제시하고 있다는 점에서 의미가 있다. 또한 이를 활용하여 현재 널리 사용되는 글로벌 고 열전도도 갭 필러와 비교하여 산업적으로 더욱 경쟁력 있는 TIM을 제조하기 위한 기초를 제공한다.Chapter 1. Introduction 1
1. Motivation 1
2. Thermal Interface Materials (TIMs) 3
1. Composition of TIMs 3
2. Types of commercial TIMs 6
3. Dispensable TIMs 10
3. TIM thermal conductivity modeling 15
4. Designing dispensable TIM composition 19
Chapter 2. Experimental methods 22
1. Preparation of particle fillers and polymer resins 22
2. Processing method for TIM sampling 25
3. Thermal conductivity measurement 29
1. LFA 29
2. ASTM D5470 33
4. Viscosity measurement 39
Chapter 3. Design of TIM with sphere particle 42
1. Close-packed structure 42
2. Extended model 47
3. Introducing high thermally conductive filler 53
4. Discussion 58
Chapter 4. Design of TIM with non-spherical particles 60
1. Introduction of non-spherical particles to TIM 60
2. Hydroxide particle filler based TIM 65
3. Discussion 66
Chapter 5. Outlook 68
1. Comparison of TIM state of the art 68
2. Research limitations 73
3. Future research questions 74
Bibliography 77
Abstract in Korean 81
Acknowledgments 83석
B¯ → D(∗) ℓν¯ 준렙톤붕괴 형태인자의 결정
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 자연과학대학 물리·천문학부(물리학전공), 2024. 2. 이원종.The method to determine the semileptonic form factors for \BtoDstp with lattice QCD is introduced here. Especially, the preliminary results on , the semileptonic form factor for \BtoDst at the zero recoil, is given here.
For the determination of , we should obtain the ground state matrix elements for the , , , channels. In those 3pt correlator fit, the results of 2pt correlator fit for the and meson are used as the input parameters. Hence, the reliable 2pt correlator fit is important for the determination of the semileptonic form factors for \BtoDstp.
In the 2pt correlator fit, we combined Newton method with sequential Bayesian method. In this dissertation, we call our new fitting methodology as \textbf{CNSB}, which is an abbreviation of ``combination of Newton and sequential Bayesian method''. Using CNSB, we can figure out reliable global minimum of /d.o.f., consuming up all possible time slices.
The data set of measurement is obtained using the Oktay-Kronfeld (OK) action for the , quarks and the HISQ action for the light quarks (valence quarks) on the MILC HISQ ensembles (sea quarks). Here, the lattice spacing is fm and the sea pion mass is M_\pi \approx 220 \, \MeV.
We present our preliminary results of in HQET level , , , , , , , , and . We distinguish between and in the data analysis.Abstract v
1 Introduction 1
2 The Lattice Actions 5
2.1 The staggered quark: toward the HISQ action 5
2.1.1 Naive quark action on the lattice 5
2.1.2 Unimproved staggered quark action 7
2.1.3 HYP-smeared staggered quark action 11
2.1.4 Asqtad action 12
2.1.5 HISQ action 14
2.2 The Oktay-Kronfeld action 16
2.2.1 terms 17
2.2.2 terms 17
2.2.3 terms 18
2.2.4 terms 18
2.2.5 Summation of all parts 22
3 Data Analysis of 2pt Correlation Functions 23
3.1 The 2pt correlator and new fitting methodology 23
3.2 1+0 fit 28
3.3 The Newton mass 30
3.4 1+1 fit 32
3.5 2+1 fit 36
3.6 2+2 fit 42
4 Data Analysis of 3pt Correlation Functions and 47
4.1 The 3pt correlator 47
4.2 Fit function for 3pt correlator: example with channel 48
4.3 Simultaneous fit method 50
4.4 Linear fit method 52
4.5 Usage of diagonal approximation 54
4.6 Fit result of channel 55
4.7 Fit result of channel 56
4.8 , channels and simultaneous fit 57
4.9 Calculation of 60
4.10 Comparison with constant fit method 61
5 Concluding Remarks 65
A Staggered Quark in (Spin)(Taste) Space 67
B Initial Guess of Minimizer at the 1+0 Fit 73
B.1 Generalized least square method 73
B.2 Covariance matrix of logarithmic data 75
C The Error of Error 77
C.1 Sample mean and standard error of a sample 77
C.2 Error of error calculation with jackknife resampling 77
C.3 Application to fit parameters with jk sample 79
D The Iterative Scanning Method (Step-2B3 of CNSB) 81
E Gamma Matrices in DeGrand-Rossi Basis 87
F Rotation Operators for the Current Improvement 91
G Results of 3pt Correlator Fit: and Channel 97
G.1 Fit result of channel 97
G.2 Fit result of channel 98
Bibliography 101
Abstract in Korean 107
Acknowledgement 109박
시각기억과 집행기능의 자동 평가를 위한 시선추적과 딥러닝 기반 레이 복합도형 검사 개발
No full text학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 자연과학대학 뇌인지과학과, 2024. 2. 권준수.Background: The Rey-Osterrieth Complex Figure Test (RCFT) is a widely used neuropsychological assessment tool for evaluating visual memory and executive function during visuospatial memory encoding. Despite its efficacy, the test is limited by its indirect relationship with associated brain dysfunctions, susceptibility to visuomotor function influence, and a complex, time-consuming administration and scoring system. Thus, this study aimed to develop an eye-tracking and deep-learning-based RCFT for a more direct, rapid, and simplified automated assessment of visual memory and executive function.
Methods: 408 RCFT drawings and eye movements from patients with various psychiatric disorders, as well as from healthy populations, while viewing and memorizing the RCFT figure for three minutes, were collected in this study. The sequential fixation points, indicating the eyes' focused areas in sequence, were used to train a deep learning model, Long Short-Term Memory (LSTM) to evaluate participants visual memory and executive function as normal or impaired, based on their sequential eye movements while viewing the RCFT figure.
Results: The deep-learning model, LSTM, predicted visual memory as normal or impaired with F1 score of 80.7%, and executive function with F1 score of 81%, solely based on participants sequential eye movements while viewing the RCFT figure.
Conclusions: These findings suggest that the eye-tracking and deep-learning-based RCFT could provide a more direct, rapid, and simplified automated assessment tool for visual memory and executive function during the visuospatial memory encoding of the RCFT.
Keyword: RCFT, Eye-tracking, Deep-learning, Visual memory, Executive function배경: 레이 복합도형검사(RCFT)는 시각 기억과 집행 기능을 평가하는 데 널리 사용되는 신경심리학 평가 도구이다. 그러나 이 검사는 관련된 뇌 기능 장애의 간접적 측정, 시각운동 기능 영향에 대한 취약성, 복잡하고 시간이 많이 소요되는 시행 및 채점 시스템 등의 여러 한계점이 존재한다. 따라서 본 연구는 시각 기억과 집행 기능을 더욱 직접적으로, 신속하게, 간단하게, 자동으로 평가하기 위해 시선 추적 및 딥러닝 기반의 RCFT 검사 모델을 개발하는 것을 목표로 하였다.
방법: 다양한 정신질환 환자와 정상대조군 408명의 RCFT 그림과 이들이 3분 동안 RCFT 도형을 응시하고 기억할 때 측정된 시선 추적 데이터가 사용되었다. 시선의 응시점을 시간 순서대로 나열한 데이터가 시선의 순차적 시간 정보를 추출하기 위해 장단기기억(LSTM) 딥러닝 분석 방법을 이용해 분석되었고, 이는 대상자들의 시각 기억과 집행기능 능력을 정상 또는 손상으로 눈의 움직임만을 이용해 판별하기 위함이었다.
결과: 분석에 사용된 LSTM 모델은 순차적 시선 데이터만을 이용하여 질환에 관계없이 대상자들의 시각 기억 능력과 (F1 점수: 80.7%)집행 기능 능력을(F1 점수: 81%) 정상 또는 손상으로 눈의 움직임만을 이용해 판별하였다.
결론: 이러한 결과는 본 연구에서 개발된 딥러닝 및 안구운동 추적 기반의 RCFT 자동평가 모델이 시각 기억과 집행 기능을 평가하는 데 더욱 직접적이고 신속하며 간단하고 정확한 자동 평가 도구가 될 수 있음을 시사한다.
주요어: 레이 복합도형 검사, 시선 추적, 딥러닝, 시각기억, 집행기능Chapter 1. Introduction １
1.1. Rey-Osterrieth Complex Figure Test １
1.2. Limitations of RCFT ４
1.3. Purpose of Research ７
Chapter 2. Method ８
2.1. Participants ８
2.2. Eye movement and RCFT data collection ９
2.3. Data Preprocessing １０
2.4. Modeling １１
2.5. Evaluation Metrics １３
2.6. Statistical Analysis １４
2.7. Model Prediction Interpretation １４
Chapter 3. Result １５
3.1. Participant Characteristics １５
3.2. Modeling Results ２０
3.3. Model Prediction Interpretation Results ２０
Chapter 4. Discussion ２４
Chapter 5. Conclusion ２７
Chapter 6. Supplementary Materials ３４석
유동-구조 연계를 포함한 효율적 해석을 위한 깊은 계층적 변이 오토인코더의 개발
No full text학위논문(박사) -- 서울대학교대학원 : 공과대학 항공우주공학과, 2024. 2. 신상준.Data-driven model order reduction (MOR) is one of the favorable approaches to accelerate nonlinear dynamic analysis. In this thesis, the development of three data-driven parametric MOR frameworks are presented. The developed frameworks, proper orthogonal decomposition (POD)-Wasserstein generative adversarial network-gradient penalty (WGAN-GP), POD-modified Nouveau variational autoencoder (mNVAE), and least-squares hierarchical variational autoencoder (LSH-VAE) are designed to enhance the accuracy of conventional data-driven parametric MOR frameworks. The first two frameworks utilize POD to reduce the dimensionality of full order model (FOM). POD performs linear MOR, reducing the full degrees of freedom (DOF) to the number of POD modes. Upon the reduced dimension, WGAN-GP and mNVAE are employed to interpolate the POD coefficients. The interpolated POD coefficients are multiplied to the POD modes to generate the interpolated dynamic system. By adopting the latest neural networks, the POD-WGAN-GP and POD-mNVAE gains significantly enhanced accuracy compared to the conventional methods. The WGAN-GP used for the interpolation enhances the accuracy owing to its characteristics of generating ``sharp'' data. mNVAE on the other hand, comprises of deep hierarchical structure, enforcing it to be highly expressive.
While the proposed POD-based methods may be used successfully in many occasions, POD is quite limited as a MOR technique. In cases which show slowly decaying Kolmogorov n-width, POD-based methods require excessive number of POD modes and may exhibit large discrepancy. The LSH-VAE is designed to mitigate such problem by performing nonlinear MOR via its encoder. In the encoder-reduced dimension, spherically linear interpolation is performed for the parametric interpolation. Then, the dimensionality is restored to its original state by the decoder. LSH-VAE exploits three major enhancements to the existing methods: a deep hierarchical structure, a hybrid weighted, probabilistic loss function, and a carefully constructed block constitution. These enhancements enable impressive expressiveness and stability of the network.
The accuracy and efficiency of the proposed methods are demonstrated on various objects. The frameworks are evaluated on five examples, including highly nonlinear, multi-physics, and large number of DOF systems. By adopting the coefficient of determination, the accuracy of the proposed frameworks are evaluated. The proposed frameworks are also compared against the existing pMOR methods such as convolutional autoencoder, Gaussian process regression, and beta-variational autoencoder. As a result, the proposed methods show significantly enhanced accuracy while still exhibiting a large speed-up factor.데이터 기반 차수 축소 기법은 비선형 동적 시스템을 가속화하는 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 세 가지의 데이터 기반 차수 축소 기법을 제시하였다. 이 세 가지의 기법은 각각 적합직교분해-Wasserstein 생성형 적대적 네트워크-구배 페널티 (PODWGAN-GP), 적합직교분해-변형 Nouveau 변분 오토 인코더 (POD-mNVAE), 최소 자승 계층적 변분 오토 인코더 (LSH-VAE)이며, 이들은 기존의 비 침습적 파라메트릭 차수 축소 기법의 정확도를 개선하기 위해 고안되었다. 이 중, 첫 두 기법은 적합직교분해를 활용하여 완전 차수 모델의 차원을 축소시킨다. 적합직교분해는 선형 차수축소를
수행하며, 완전 차수 모델 자유도의 개수를 적합직교분해 모드의 개수로 축소시킨다. 축소된 차원에서는 인공신경망인 WGAN-GP와 mNVAE를 활용하여 적합직교분해 계수의 파라메트릭 보간을 수행한다. 보간된 적합직교분해 계수는 적합직교분해 모드와 곱해져 보간된 동적 시스템을 생성한다. 이와 같이 최신의 인공신경망을 도입함으로써, POD-WGAN-GP와 POD-mNVAE는 기존의 기법들 대비 향상된 정확도를 획득한다. 그중, WGAN-GP는 선명한 데이터를 생성한다는 특징을 활용하여 보간의 정확도를 향상시키며 mNVAE는 깊은 계층적 구조로 이루어져 있어, 높은 표현력을 지닌다.
앞서 언급된 적합직교분해 기반의 기법들이 많은 경우에서 효과적으로 사용될 수 있으나 그 효용성은 적합직교분해에 인해 제한된다. 만약 동적 시스템이 느린 Kolmogorovn-width의 붕괴를 가지면 적합직교분해는 과도한 수의 선형모드를 필요로 하며, 큰 오차를 초래할 수 있다. LSH-VAE는 이러한 문제를 완화하기 위해 설계된 기법이며, 비선형 차수 축소 및 보간을 수행한다. LSH-VAE는 축소된 차원에서 구형-선형 보간을 수행하며 그 결과를 본래의 차원으로 복원한다. LSH-VAE는 기존의 신경망 대비 깊은 계층적 구조, 가중, 혼합된 확률론적 손실 함수, 섬세히 설계된 블록 구조라는 세 가지의 주요한 향상점을 가지고 있다. 이런 향상점은 기존 기법 대비 LSH-VAE의 주요한 표현력과 안정성을 가능케 한다.
본 논문에서는 개발된 기법들의 정확도와 효율성은 다양한 대상에 대해 실증하였다. 이 기법들은 강한 비선형성, 다중 물리, 많은 자유도를 가진 시스템을 포함한 다섯 가지 예시를 통해 평가되었다. 또한, 결정 계수를 도입하여 이 기법들을 정량적으로 평가하였으며 합성곱 오토 인코더, 가우시안 프로세스 회귀 법, β-변분 오토 인코더와 같은 기존의 여러 파라메트릭 차수 축소 기법들과 비교하였다. 그 결과, 본 논문에서 제시한 기법들은 기존의 기법들 대비 의미 있는 정확도 향상을 보였으며, 그 동시에 큰 가속인자를 나타내었다Abstract i
Contents iii
List of Figures v
List of Tables viii
1 Introduction 1
1.1 Background and Motivation 1
1.2 Literature Review 6
1.2.1 Classical model order reduction and parametric interpolation 6
1.2.2 Modern model order reduction and parametric interpolation 8
1.3 Objectives 16
1.4 Outline of Dissertation 18
2 Theoretical Background 19
2.1 Governing Equations 19
2.1.1 Structural Dynamics 19
2.1.2 Fluid Dynamics 20
2.1.3 Fluid-Structure Interaction (FSI) 21
2.2 Proper Orthogonal Decomposition (POD) 22
2.3 Artificial Neural Networks 26
2.3.1 Autoencoder 26
2.3.2 Generative Adversarial Network (GAN) 28
2.3.3 Variational Autoencoder (VAE) 36
3 Framework 49
3.1 POD-NN frameworks 49
3.1.1 POD as a MOR method 52
3.1.2 Neural networks as an interpolation method 55
3.2 LSH-VAE 66
4 Numerical Results 73
4.1 2D Stationary Cylinder 74
4.2 Plunging Airfoil 88
4.3 Limit Cycle Oscillation 99
4.4 Turek-Hron FSI 2 case 114
4.5 3D Stationary Cylinder 125
5 Conclusions 134
5.1 Recommendations for Future Works 137
초 록 157박