全國中小學科展

依國際科展年度查詢

四等獎

使用大型語言模型生成音樂中的故事

本研究旨在探索大型語言模型如何應用於音樂生成故事。研究動機源自音樂作為文化中不可或缺的一部分,但若要以文字精準表達出音樂中的故事情緒尚屬困難,藉由本研究提出的方法可以使故事顧及到音樂的情緒起伏。隨著 AI 的發展,我 們開始看到它們在各領域的應用。這項研究的目的是製作出一個系統能以音樂作為輸入,輸出音樂內的故事,為達成目的,我們結合多個模型。研究使用 PyTorch等工具,並探討文句和音樂的共同表示方法,實現情感匹配。研究結果顯示,音樂和文句情感辨識模型表現不錯,也研發出一個完整的生成流程。目前已有直接生成音樂的模型,也有把音樂統整介紹的模型,卻沒有依據音樂中的情緒生成故事的模型。我們研究就是在解決這個問題,結合到 LLaMA2預訓練模型生成出具情緒浮動的故事,要注意的是 LLaMA2的輸出限制最多只能有 4096個token。我們將此產生過程稱為 MTSPL (Music To Story Procedure with LLaMA)。

YKT6與癌纖維母細胞的「泌」密關係

本研究以人類肺癌A549細胞株和纖維母細胞模擬體內腫瘤微環境,挖掘纖維母細胞如何促進癌細胞的生長。從病人的正常和癌組織提取癌相關纖維母細胞(cancer-associated fibroblasts, CAFs) 和 正常纖維母細胞(Normal Fibroblasts, NFs),經過基因序列一對對作分析,開發新的治療策略和潛在的靶點。利用核糖核酸定序(RNA-Seq)分析發現CAFs會比NFs分泌更多SNARE 蛋白 YKT6,而更深入地探究獲悉YKT6會透過活化YKT6+CAFs途徑促進肺癌A549細胞惡化,此惡化過程包括誘導及提升癌細胞的生殖(proliferation),轉移(migration)和入侵(invasion)能力。 此外,在 CAFs 中敲除 YKT6基因,減弱CAFs 的外泌體(exosome)釋放,從而調節了其對肺癌細胞A549的腫瘤促進作用。本研究發現靶向YKT6並抑制外泌體分泌,從而降低CAFs對肺腺癌細胞的腫瘤支援功能可以為肺癌治療提供一種新的策略。

正本「塑」源-探討河川塑膠微粒

基於對鄉土的關懷,我們選定高屏溪流域,來研究河川中塑膠微粒的尺寸大小和含量,透過光譜來了解塑膠微粒的材質。高屏溪流域是跨高雄及屏東地區最大的河流,我們共分為枯水期及豐水期來採水,比較不同季節之塑膠微粒類別,若以形狀區分:枯水期塑膠纖維最多,豐水期塑膠薄膜最多。若以尺寸區分:枯水期100~500μm的佔最多,豐水期25~100μm的佔最多。若以材質區分,枯水期含量最多分別是PE及PP,豐水期含量最多分別是PE及PET。若從顏色區分,大多是白色及透明為主要顏色。以上實驗結果可供主管機關列為重要監測參考,特別是國內少有研究單位或機構,在進行高屏溪流域塑膠微粒類別、含量之調查與研究,因此本研究重大發現為國內創舉深具意義,可供相關單位後續深究參考之價值性。

好咖配好茶

本研究取樣淺焙及深焙咖啡渣與茶葉渣經過不同時間發酵後當作肥料進行白菜植栽顯示,白菜種籽適合於酸性咖啡土中發芽,而茶葉土 pH 值較鹼,雖會延緩發芽,但營養高,於成長後期更有利白菜生長,並以發酵 2 週土最佳。接續擇優取淺焙咖啡土與茶葉土混合當肥料,或進一步使白菜籽於淺焙咖啡土發芽後再移植至全茶葉土,最佳可獲得比淺焙咖啡土高出 5.17 倍或甚至 15.8 的成長效果。茶葉土營養佳除與發酵後茶葉成分有關外,土壤中富含溶鉀及溶磷等菌種亦扮演關鍵角色。此外,富含鉀離子的茶葉土所種植的白菜能透過關閉葉片氣孔、使澱粉代謝,並藉由根部提前累積脯胺酸來應對滲透壓變化,以增加根系與葉片對抗鹽逆境與缺水的問題。本研究利用適化咖啡土 pH 值與茶葉土養分相互搭配,可有效縮短發芽時間、大幅增加產率,提升耐鹽抗旱能力,除有助活化廢棄物外,並可提升農業競爭力。

蕗蕎對抑制血管收縮素轉化酶活性及降血壓之評估

蕗蕎為原鄉部落常見且重要的香辛料作物,具有降脂、抗動脈粥樣硬化、抗菌等活性, 但對於血管舒張作用則少有相關研究。因此本研究以乙醇對蕗蕎進行萃取,再進一步以色層 分析等方法進行純化,其分離到之化合物由核磁共振磁儀(NMR)光譜技術分析及質譜(MS) 之鑑定,鑑定得到一個主要大量的固醇類天然產物: Laxogenin。另外透過頂空氣相層析質譜儀(HS-GCMS),從生鮮蕗蕎(Allium chinense G. Don)共鑑定出 13 種化合物,其中包含 8 種含硫化合物,並以 Disulfide dimethyl 含量為 71%,占揮發氣體之含量最高。 在抑制血管收縮素轉化酶 (ACEI)活性測試中,取蕗蕎的酒精萃取物、大蒜的酒精萃取物、Laxogenin、diallyl disulfide 在濃度為 0.0125 mg/mL 下,其抑制率分別為 3.9 %、8.3 %、4.2 %、4.6 %。並透過電腦模擬分子對接技術(MDM),發現 Laxogenin、diallyl disulfide 與 ACE酵素具結合親和性,以上結果顯示,推測蕗蕎具有抑制 ACE 酵素及降血壓之功效。

Connectivity Analysis of Glucose Metabolism in Huntington’s Disease: A New Perspective Provided by Dynamic Glucose-Enhanced MRI

亨丁頓症為神經退化性疾病,與認知功能障礙緊密相關。本研究首創應用 DGE MRI, 以探討葡萄糖代謝作為亨丁頓症神經影像生物標記的可行性,了解其腦區間代謝之關聯性。 本研究探討腦區間葡萄糖代謝關聯性與亨丁頓症病理之間的關係,在 zQ175 KI 和R6/2 KI 小鼠中不同的連接性變化模式,其中在紋狀體及齒狀迴之間之葡萄糖代謝關聯性發現顯著變化,與已知病理相符,說明 DGE MRI 用於臨床生物標記之潛力,助於及時診斷和監測。 本研究首創探討 DGE MRI 作為亨丁頓症影像生物標記之可行性,提供葡萄糖代謝行為於腦區間相互作用之分析,不僅可更加了該症病理,更可推動早期診斷、疾病監測和精準醫療應用之發展,說明可能有針對代謝紊亂的潛在治療策略。

基於LS1043A多核處理器之嵌入式系統開機速度之精準計時方案

電子智能系統被廣泛應用在現代人的日常生活中,但是使用任何電子系統都必須面對系統失效的風險,就像我使用電腦可能會當機一樣。在智能車輛的應用中,電子系統的可靠性與我們的人身安全直接相關。一旦發生系統失效的狀況,恢復系統正常運行的最後一個手段是重新啟動系統,藉由系統重啟來恢復系統的正常功能。因此系統重啟的耗時,對系統的可靠性至為重要。 LS1043A晶片是多核心高階處理器,能夠運行完整的Linux操作系統。由於LS1043A架構及功能的複雜性,它的開機程序需要遵守嚴格的步驟,耗時也比一般的微控制器更長。在這個實驗中,我將了解LS1043A處理器的架構著手,由此設計一個計時器,能做到精準量測開機時間達千分之一秒,使開機時間成為能夠量化的指標。本實驗的計時方案是一個通用的設計概念,可用來量測不同類型高階處理器的開機耗時及系統可靠性評估之參考指標。

Sound Direction Assist Device for Patients with Single-Sided Deafness Caused by Acoustic Neuroma

本研究專為因聽覺神經腫瘤手術造成單側聽力喪失(Single-Sided Deafness, SSD)的聽損患者設計了一款辨別聲音方位的輔助裝置。SSD患者因為有一側的聽力完全喪失,因此現有的助聽器無法提供有效的協助。 本研究採納各式麥克風電路的優點,設計出一款麥克風模組來接收聲音。並藉由帽子周圍的六個麥克風模組形成陣列。利用頭影效應所帶來的差異,運算出聲音的方位,並且透過馬達震動來提醒使用者聲音的方位。本作品延續並參考了之前的作品[一] [二]並經過改良,經過實驗後發現,本裝置可以偵測到以使用者為圓心半徑23公尺左右、76分貝的聲音,偵測距離約為之前作品的2.3倍,可以為使用者提供3到6秒的反應時間。希望可以藉由這種方式,讓SSD的聽損患者更安心地走在路上。

ZIFs與釩氧化物作為鋅電池陰極材料之應用與性能研究

本研究旨在優化鋅離子電池陰極材料的性能,選用沸石咪唑酯骨架材料(ZIFs)與釩氧化物(V6O13)進行複合材料的合成與應用。隨著鋰電池成本的上升,鋅離子電池因其安全性與成本效益逐漸受到重視。ZIFs 具有高比表面積及良好的離子導電性,而V6O13則因多價態和優良導電性而成為潛力材料。通過結合這兩種材料,我們開發了具有多孔結構和優異穩定性的複合陰極材料,再使用 PXRD、SEM 及 EDX 對材料進行結構表徵,並使用此新材料製作鋅離子電池進行電化學性能測試。結果顯示,熱裂解後的 PY-VxOy@ZIF-Zn/Co具有最佳的克容量及穩定性,且在500次循環後保持良好的穩定性。本研究展示了ZIFs和V6O13結合在鋅離子電池中的應用潛力,為低成本、高效能的儲能解決方案提供了新的方向。

硬骨魚鰓上用以適應淡水酸化獨特的產氨與排氨機制

環境酸化為地球面臨的危機之一。面對酸逆境時,產氨及排氨為脊椎動物保守的適應策略,而本研究致力於探討脊椎動物之一的斑馬魚 (Danio rario) 在面對酸逆境時適應的特殊機制。首先,斑馬魚在pH值4.0環境下酸處理6小時後,水體及血液中氨濃度顯著上升。透過qRT-PCR,負責產氨的麩醯胺酸酶 (GLS, gls) 基因在鰓、肝、肌肉、腎中皆被誘發,顯示他們皆貢獻於排氨的過程。比較不同器官發現,鰓最早在6小時便啟動 gls基因,可知鰓除了負責魚類的排氨,也是面對急性酸逆境時最初的產氨器官。在斑馬魚的鰓上,我們也發現了硬骨魚特有的富含GLS的細胞 (GLS細胞),再次應證了硬骨魚面對酸逆境時,鰓上獨特的適應機制。本研究為氣候變遷議題提供了非常有價值及參考性的資訊,也協助預測未來持續環境酸化下硬骨魚類的未來。