Υπολογιστική Βιοφυσική

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