ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ
| Τίτλος | ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ / COMPUTATIONAL BIOPHYSICS |
| Κωδικός | ΥΦΕ301 |
| Σχολή | Θετικών Επιστημών |
| Τμήμα | Φυσικής |
| Κύκλος / Επίπεδο | 2ος / Μεταπτυχιακό |
| Περίοδος Διδασκαλίας | Χειμερινή |
| Υπεύθυνος/η | Κοσμάς Κοσμίδης |
| Κοινό | Όχι |
| Κατάσταση | Ενεργό |
| Course ID | 600016930 |
Πρόγραμμα Σπουδών: ΠΜΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ 2025
Εγγεγραμμένοι φοιτητές: 0
| Κατεύθυνση | Τύπος Παρακολούθησης | Εξάμηνο | Έτος | ECTS |
|---|---|---|---|---|
| ΚΟΡΜΟΣ | Επιλογής | 3 | 2 | 7,5 |
Πρόγραμμα Σπουδών: ΠΜΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΦΥΣΙΚΗ
Εγγεγραμμένοι φοιτητές: 1
| Κατεύθυνση | Τύπος Παρακολούθησης | Εξάμηνο | Έτος | ECTS |
|---|---|---|---|---|
| ΚΟΡΜΟΣ | Επιλογής | 3 | 2 | 7,5 |
| Τίτλος | ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΒΙΟΦΥΣΙΚΗ |
| Ακαδημαϊκό Έτος | 2025 – 2026 |
| Περίοδος Τάξης | Χειμερινή |
| Διδάσκοντες μέλη ΔΕΠ |
|
| Διδάσκοντες άλλων Κατηγοριών |
|
| Ώρες Εβδομαδιαία | 3 |
| Ώρες Συνολικά | 39 |
| Class ID | 600289663
|
Τύπος Μαθήματος
Eιδίκευσης / Kατεύθυνσης
Τρόπος Παράδοσης
- Πρόσωπο με πρόσωπο
Ηλεκτρονική Διάθεση Μαθήματος
- e-Οδηγός Σπουδών https://qa.auth.gr/el/class/1/600289663
Μαθησιακά Αποτελέσματα
Με την ολοκλήρωση του εξαμήνου, οι φοιτητές θα μπορούν να:
1. Διαμορφώνουν ντετερμινιστικά και στοχαστικά μοντέλα βιολογικών συστημάτων.
2. Υλοποιούν προσομοιώσεις σε Python/Mathematica με αναπαραγώγιμες ροές εργασίας.
3. Αναλύουν σταθερότητα, ταλαντώσεις και θόρυβο σε σύνθετα συστήματα.
4. Ποσοτικοποιούν την επεξεργασία πληροφορίας και την ανθεκτικότητα στη βιοφυσική.
5. Εφαρμόζουν υπολογιστικά μοντέλα σε φυσιολογικές ή μοριακές μελέτες.
6. Αξιολογούν κριτικά υποθέσεις, αναγνωρισιμότητα και περιορισμούς των μοντέλων.
Γενικές Ικανότητες
- Εφαρμογή της γνώσης στην πράξη
- Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
- Αυτόνομη εργασία
- Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον
- Παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών
- Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
Περιεχόμενο Μαθήματος
Εβδομάδα 1 – Εισαγωγή & Θεμελιώδεις Έννοιες
- Τι είναι η Υπολογιστική Βιοφυσική
- Η φυσική των ζώντων συστημάτων: παράμετροι τάξης, θόρυβος, λειτουργία
- Μελέτη περίπτωσης: ανίχνευση φωτονίων στην όραση
Εβδομάδα 2 – Πιθανότητες, Θερμοδυναμική & Στατιστική Μηχανική
- Στατιστικά σύνολα, ελεύθερη ενέργεια, διακυμάνσεις
- Θόρυβος και ανθεκτικότητα
- Εργαστήριο: Monte Carlo προσομοίωση του μοντέλου Ising
Εβδομάδα 3 – Ντετερμινιστικά και Στοχαστικά Μοντέλα
- Διαφορικές και μερικές διαφορικές εξισώσεις
- Στοχαστικές προσομοιώσεις (αλγόριθμος Gillespie)
- Σταθερότητα, διακλαδώσεις, ταλαντώσεις
- Εργαστήριο: Προσομοίωση στοχαστικής γονιδιακής έκφρασης (Python)
Εβδομάδα 4 – Βιολογικά Κυκλώματα Ι: Ανατροφοδότηση & Ομοιόσταση
- Θετική και αρνητική ανάδραση, μοτίβα δικτύων
- Παράδειγμα: ρύθμιση γλυκόζης–ινσουλίνης
- Εργαστήριο: Πορτραίτα φάσεων και καμπύλες nullcline
Εβδομάδα 5 – Βιολογικά Κυκλώματα ΙΙ: Θόρυβος και Ευθραυστότητα
- Στοχαστικός θόρυβος (Poisson), καταμέτρηση μορίων, μηχανισμοί proofreading
- Φυσιολογική ευθραυστότητα και εμφάνιση παθολογιών
- Εργαστήριο: Προσομοίωση στοχαστικής δι-σταθερότητας
Εβδομάδα 6 – Χωρικά Μοντέλα & Αντιδράσεις–Διάχυση
- Μοτίβα Turing, χημοταξία, μορφογένεση
- ΜΔΕ και πλεγματικά μοντέλα
- Εργαστήριο: Προσομοίωση αντίδρασης–διάχυσης σε Python
Εβδομάδα 7 – Αριθμητικές Μέθοδοι Προσομοίωσης
- Ολοκληρωτές ΣΔΕ/ΜΔΕ
- Δύσκαμπτα συστήματα, πολυκλιμακή μοντελοποίηση
- Εργαστήριο: Αξιολόγηση αλγορίθμων και αριθμητικών σφαλμάτων
Εβδομάδα 8 – Εκτίμηση Παραμέτρων & Αναγνωρισιμότητα
- Δομική και πρακτική αναγνωρισιμότητα
- Βεϋζιανές μέθοδοι και προσαρμογή σε πειραματικά δεδομένα
- Εργαστήριο: Εκτίμηση παραμέτρων σε ενζυμική κινητική
Εβδομάδα 9 – Monte Carlo & Μοριακή Δυναμική
- Αλγόριθμος Metropolis, δυναμική Langevin
- Εφαρμογές: δίπλωση πρωτεϊνών, ιοντικά κανάλια
- Εργαστήριο: Απλή προσομοίωση Μοριακής Δυναμικής (σωματίδια Lennard-Jones)
Εβδομάδα 10 – Θεωρία Πληροφορίας στη Βιολογία
- Εντροπία, αμοιβαία πληροφορία, βέλτιστη αναπαράσταση
- Μελέτη περίπτωσης: νευρωνική κωδικοποίηση
- Εργαστήριο: Υπολογισμός αμοιβαίας πληροφορίας από spike trains
Εβδομάδα 11 – Μοντελοποίηση Γήρανσης & Παθολογίας
- Κορεσμένο μοντέλο επιδιόρθωσης (γήρανση)
- «Περιοδικός πίνακας» των νόσων
- Εργαστήριο: Καμπύλες επικινδυνότητας & ανάλυση επιβίωσης
Εβδομάδα 12 – Προοπτικές & Παρουσιάσεις Φοιτητών
- Μηχανική μάθηση στη βιοφυσική
- Συνδυασμός μηχανιστικών και δεδομενοκεντρικών μοντέλων
- Παρουσιάσεις τελικών έργων
Τύποι Εκπαιδευτικού Υλικού
- Σημειώσεις
- Διαφάνειες
Χρήση Τεχνολογιών Πληροφορίας και Επικοινωνιών
Χρήση Τ.Π.Ε.
- Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία
Οργάνωση Μαθήματος
| Δραστηριότητες | Φόρτος Εργασίας | ECTS | Ατομικά | Ομαδικά | Erasmus |
|---|---|---|---|---|---|
| Διαλέξεις | 85 | ✓ | |||
| Μελέτη και ανάλυση βιβλίων και άρθρων | 90 | ||||
| Συγγραφή εργασίας / εργασιών | 45 | ✓ | |||
| Εξετάσεις | 5 | ✓ | |||
| Σύνολο | 225 |
Αξιολόγηση Φοιτητών
Περιγραφή
- Ασκήσεις/προβλήματα (30%)
- Εργαστηριακές εργασίες (30%)
- Τελική Εργασία (40%) – κατασκευή, προσομοίωση και ανάλυση υπολογιστικού μοντέλου βιολογικής διεργασίας.
Μέθοδοι Αξιολόγησης Φοιτητών
- Γραπτή Εξέταση με Ερωτήσεις Εκτεταμένης Απάντησης (Συμπερασματική)
- Γραπτή Εργασία (Διαμορφωτική)
- Γραπτή Εξέταση με Επίλυση Προβλημάτων (Συμπερασματική)
Βιβλιογραφία
Επιπρόσθετη βιβλιογραφία για μελέτη
- Bialek, Biophysics: Searching for Principles (2012).
- DiStefano, Dynamic Systems Biology: Modeling & Simulation (2013).
- Alon, Systems Medicine: Physiological Circuits and the Dynamics of Disease (2023).
Τελευταία Επικαιροποίηση
02-10-2025
