全國中小學科展

四等獎

維持粒線體功能的重要基因Rrm2b對於不同種類中樞神經細胞的調控與影響

老化造成的神經退化性疾病,與細胞內粒線體機能異常有重要的關聯性。已知核醣核苷酸還原酶 M2B (Rrm2b) 的主要負責協助粒線體的基因合成、修復以及功能維持。本研究以核醣體核酸干擾技術,使 Rrm2b 表現量降低,探討其對不同種類中樞神經細胞粒線體 DNA 含量、細胞形態及功能的影響。結果顯示,Rrm2b 表現量降低並不會對粒線體 DNA 含量造成影響,但會使呼吸作用的效率降低,以及讓神經細胞更易分化,甚至反分化。同時,星狀膠細胞中的水通道蛋白表現量增加 165%,葡萄糖轉運蛋白表現量增加 27%,麩胺醯胺合成酶表現量則降低 22%。因此,Rrm2b 的低表現量,使星狀膠細胞運輸功能變強,而麩胺醯胺的合成變慢,則氨的代謝減緩。這些星狀膠細胞異常可能是造成腦部功能受損的原因之一。

The Effects of Background Color on Color Preference 探討不同背景顏色對色彩偏好的影響

色彩偏好影響生活的許多決策,對於背景對色彩偏好的影響,現行兩個色覺理論(對比理論與生態價理論)有不同的解釋,本研究以高中生為對象,旨在探討背景對色彩偏好影響與支持理論,並提出運用方向。 之前色彩定量方式缺乏對敏感度與視錐細胞的考量,本研究發展以中性灰為基礎對不同色彩的定量方法,並以此進行色彩偏好測試。實驗結果發現:顏色偏好會受到背景影響(支持對比理論),背景對各色彩具不同影響力,偏黃偏綠顏色受背景影響較大;綠色與藍色背景提升偏黃與偏綠之顏色偏好而紅色背景則會下降(支持生態價理論),背景亮度不影響顏色偏好。期望研究結果有助於青少年環境與產品設計配色參考,並對未來背景影響顏色的神經機制研究提供基礎。

衛星影像分析-集集攔河堰水體計算

本研究利用福爾摩沙衛星 5 號及 Sentinel-2 之衛星影像監測 2018-2023 年集集攔河堰集水區的變化量值,並利用 Semi-automaticClassificationPlugin(SCP)及 NormalizedDifferenceWater Index(NDWI)兩種指標運算方式,比較集集攔河堰的水體面積變化及兩種指標的差異與應用。結果顯示 NDWI 相較於 SCP 更接近水利署所提供的航照資料,因此 NDWI 在測量水體範圍上具較高可信度。 如果用(面積×水位高度)無法真實計算可利用的水資源,因為水面下的沉積物會隨時間增減或遷徙。因此我們利用地表輻射值與數值高程模型(DEM)模擬水下的沉積物堆疊情形。為證實地表輻射值與地形有關聯性,因此利用水利署光達剖面圖資與本研究計算結果比對,發現乾季時模擬結果與光達實測地形資料高度相似。 此外亦利用 NDWI、NDVI 與空拍圖的相互比對重新細分不同物質在 NDWI 的適當數值區間範圍,能有效將濕砂石與深水區分離,並應用於其他及水樣區。

花容失色-鳳凰花的旗瓣為何會先凋零?

鳳凰木的花朵擁有五片花瓣,上方花瓣與其他紅色花瓣不同,是白色底紅色斑點,根據文獻,這片花瓣稱為旗瓣,功能是作為蜜標來吸引傳粉者。研究觀察發現鳳凰花的旗瓣會先捲曲凋零,和蜜標存在的功能互相矛盾,本組推論與環境、授粉有關連。經研究發現,旗瓣凋零與生長環境、花粉及花蜜是否被採集無關,與授粉方式有關。異株授粉導致旗瓣凋零的時間提前;同株異花授粉旗瓣凋零的時間與自然狀態相近;自花授粉、無授粉則導致旗瓣凋零的時間延後。異株授粉對鳳凰花而言是有效且成功的授粉,會導致旗瓣提早凋零,蜜標隱藏,提高其他尚未有效授粉花朵成功授粉的機會,並且產生成熟的種莢。無效的授粉會導致旗瓣凋零時間延後,藉此等待有效的授粉機會。

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。

探討可調式聲波梯度透鏡受高強度雷射光穿透後的熱效應

由於符合活體研究、解析度、穿透深度等需求,加上螢光技術,使光學方法成為追蹤單一腦神經工作情形較合適的方式。其中重要元件 TAGlens (可調式聲學梯度折射透鏡)的透鏡(目前 z 軸焦距變動最快的透鏡裝置),透過焦距快速變動達到快速掃描。不過 TAGlens 在高強度雷射穿透下,焦距變化範圍會產生改變,我們稱之 TAGlens 的熱效應。 本研究即研究 TAGlens 的熱效應,使用不同研究方法以量化並分析,其中利用體積影像中螢光球軌跡變化的方法,明顯呈現了 TAGlens 熱效應的變化,我們發現入射雷射功率越大,會使 TAGlens 的焦距平衡點越遠,焦距變化範圍越小。未來可望校正 TAGlens 因熱效應造成的數據誤差。

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。

死水現象—船速與內波之關聯探討

當船開過水面,因為內波而產生船速下降甚至停滯不前的現象,稱為「死 水效應」。此現象好發於初春冬冰消融之際、河川出海口等容易出現穩定密度分層區域。本研究主要針對「死水效應」進行探究,運用食鹽水製作密度分層,在水槽中利用模型船模擬現實中可能發生的情況,了解內波與死水現象的 關聯。 結果顯示當拉力較小、船重較重、上層水較薄、下層水較厚時,較容易發 生劇烈的死水現象。無論船速為何,在 Froude number 接近 1 時皆會受到內波影響,造成加速度減緩,當加速度達到負值,稱為死水現象。船一旦發生過一 次死水現象,並再加速時,船尾流會增強殘存的波,船極有可能再次陷入死水 現象,使得 Froude number 在 1 附近上下震盪,須等內波破碎或分層混亂時才 能完全脫離死水現象。同時本研究也發現船速與平均波速具有一關係式,可協 助進行觀測上等用途。

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。

Study on acoustic wave and disturbances in thermal flow fields

本篇研究說明了不同週期波對於熱流場與火焰搖擺之相關原理與運動觀察。實驗中運用了重低音音響去進行週期波的擾動,而我們也從中觀測到許多現象, 如:火焰的週期性搖擺、共振等等。此外,研究包含了確認熱流場被週期波擾動 之可能性與其狀態,也在理論與分析過程中,不斷的經由多項實驗去支持我們自行推導出的偏離角度與火焰恢復時間之公式 tr ∝ 𝑎 1/2b0.55 ≃ √b/a = √𝛽/𝛼 1/(1-ρf/ρa)∙ℓ2/gR (1 − 𝑘θ)