全國中小學科展

臺灣

背景音樂與閱讀理解的神經處理機制

腦部若處於焦慮狀態,便會在認知上產⽣更多分⼼情形。同時,聽音樂能良好的緩解焦慮狀態並降低負面的認知影響。然⽽根據「認知能⼒假說」,在閱讀時若⼀邊聽音樂,閱讀表現便會因認知資源增加⽽受到擾亂。因此,本實驗利用主觀評量以及客觀的腦波測量,探討音樂對閱讀的影響為何?藉由改變背景音樂的情緒正負向度及在測試語句中目標詞的可預測性,探討閱讀理解之表現是否存在差異。其中,以N400 的可預測性效果作為閱讀理解的客觀指標。實驗發現,在無音樂情境下可觀察出典型的 N400 可預測性效果。然⽽,正負情緒之音樂皆會對於閱讀作業產⽣延遲的可預測性效果,其中帶有歌詞的流⾏樂會起到更⼤的⼲擾。本研究初步證實認知能⼒假說,未來將繼續收更多受試者,分析受試者焦慮狀態之影響。並分析 EEG 之腦波資料 alpha 波變化,作為放鬆程度的客觀數據。

探討miR-17-92透過調控T細胞分化影響腎纖維化

我國慢性腎病人口約 14%,大多患者會因藥物或免疫疾病而走向腎纖維化。根據文獻, miR-17-92 會影響 T 細胞分化,分化的差異則會造成不同程度的腎纖維化。 本研究取不同基因型小鼠的 CD4+T 細胞做體外分化。結果顯示含 miR-17-92 基因較多的 T 細胞分化成 Th1 比例較高、Treg 比例較少,但對 Th17 無顯著影響。將小鼠腎纖維化模式處理的細胞進行 RT-qPCR 和染色實驗,觀察剔除 miR-17-92 基因的小鼠(簡稱 KO)腎纖維化的情形,發現造成腎纖維化的纖維蛋白、膠原蛋白和其 mRNA 的表現量均減少。將WT 和 KO 小鼠腎臟進行染色後,發現 WT 小鼠腎中 Th1 的數量較多,Treg 則較少。綜合實驗結果推論,miR-17-92 可以增加腎中 Th1、降低 Treg 的數量,而 Th1 則會加重腎纖維化的情形。期盼本研究能對腎纖維化疾病有所貢獻。

探討玉米不同種原間減數分裂染色體互換之差異

減數分裂是育種的基礎,透過其中的遺傳重組可以分離連鎖的基因,提供研究和篩選優良基因組合的機會。然而每次減數分裂中的遺傳重組數目存在自然限制,也就是每對同源染色體平均僅發生兩個互換,且大多位於染色體的末端,這使得在研究或育種的過程中,尋找理想的遺傳組合變得極為耗時。本研究採用免疫螢光染色技術來分析玉米不同品系,在減數分裂時遺傳重組發生的數量,目的是探討多樣性的基因種源是否影響遺傳重組的數目。研究結果顯示,不同玉米品系間的遺傳重組數目具有顯著差異,且呈現分群的現象,這表示不同基因種源可能帶有差異性的重組調控相關基因。基於這些發現,我們期待未來能深入研究影響遺傳重組數目和位置的機制。

構造、力學與能耗比較淡水螺的仰泳機制

我們發現扁捲總科的囊螺(Physella acuta)與椎實螺科的台灣椎實螺(Lymnaea swinhoei)在親緣關係上雖屬不同科,但卻擁有相似的外型並都具有奇特仰泳動作,推測或許是兩者適應相似生存環境後進而演化出相近構造與行為模式。根據我們的實驗結果顯示,囊螺比起台灣椎實螺擁有較佳的翻身仰泳能力, 其螺殼質量不均的特性使其產生比椎實螺大 1.7 倍的力矩助其翻身仰泳,另外囊螺氣囊有著比椎實螺更大的儲質比助其浮沉調節。漂浮方面,囊螺腹部一半浮於水面所產生的表面張力即可支撐其漂浮,而椎實螺的漂浮仍需氣囊協助,無法單靠表面張力。能量耗損上,仰泳比水中爬行擁有近百倍的節能效益,或是因此讓兩種螺類在演化上願意承擔被掠食者發現的風險執行仰泳。未來期待以仿生概念將仰泳的運動模式延伸結合,打造出更節能省電的水中移動設施。

以計算化學探討全取代四氫吡咯酮的不對稱合成

本研究探討之四氫吡咯酮作為一種常用的藥物骨架,其已被發現在多種藥理學方面具有應用價值。本研究所探討的反應結合了文獻中的含氮五元環合成方法以及另一篇文獻當中以雙氫鍵予體催化劑進行不對稱催化的原理,並利用計算化學的密度泛函理論對此反應進行熱力學分析。 本研究共分成四個階段,第一個階段為方法學測試,在此階段我們選定了以 ω-B97X-D 與 B3LYP 兩種方法進行後續實驗;第二階段則分析了本研究探討的四氫吡咯酮的各種異構物,並選定後續進行熱力學模擬的異構物;第三階段分析了此反應在不同溶劑下的可行性, 發現使用低介電常數溶劑(如:甲苯)對於反應可行性有正向幫助;最後一個階段則為催化劑改良,並發現到在催化劑的氫鍵予體旁加上拉電子官能基可降低反應活化能。在未來,我們將更進一步改良催化劑,試圖改變催化劑對各式立體異構物的反應可行性。

風風退散—校園菜宅擋風模型設計研究

先民為了保護心愛的農作物,不被冬季強勁且挾帶海水飛沫的東北季風所迫害,「菜宅」這樣的建築因應而生。而究竟怎樣的菜宅樣式與尺寸,有著最佳的擋風效果?風被菜宅的阻擋後,風向又是如何的變化? 透過製作風向觀測工具、菜宅模型,我們測量看不見的空氣並透過討論繪製模型。當風遭遇牆面阻擋後會改變風的流動方向,在阻擋牆後方形成無風區及逆風區,並在離阻擋牆較遠的地方重新匯流。阻擋牆的高度越高,無風區及逆風區的區域就會較大。 據本實驗結果,各種菜宅擋風效果為:目字型>長方形>ㄇ字型>單牆型。而學校菜園的用圍網及南洋杉的防風設施,雖然是透氣材質,但亦能有效達成防風效果。

探討不同環境因子對左手香抑菌成分合成與效能之影響

左手香是熱帶及亞熱帶地區常見的植物,文獻顯示左手香的廣泛應用如抗發炎、鎮痛及 抗菌等功效。本研究以抑菌功效為研究起點,探討主要抑菌成分(百里香酚、香芹酚)在何種環 境下可提升其含量;接著討論此兩種成分對於左手香及環境的影響。結果顯示斑葉左手香內 百里香酚與香芹酚含量較高;兩種抑菌成分對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌及腸道沙門氏菌有 抑制效果;不同光照時數、光照強度的實驗中,6小時與9小時搭配高強度光照,百里香酚及 香芹酚含量最高;適度逆境可促進香芹酚合成。最後發現左手香葉片對土壤菌群亦具影響, 顯示其可能干擾微生物生態。本研究結果可為天然抗菌劑開發、醫療及永續農業提供參考, 並促進左手香在多領域的應用潛力。

Boc2O的功能性研究及惡嗪酮的合成方法學

惡嗪酮(Oxazinanone)為一個含氮與氧的六元雜環,現今以其製成的藥品仍為少數,但其骨架依然具備運用於未來藥品的使用之潛能。 已有高產率合成惡嗪酮之方式,然鑒於其嚴苛的反應條件,為使此反應得以廣泛應用,我們嘗試於研究中使用焦碳酸二叔丁酯(Boc2O)合成惡嗪酮。研究發現,我們預期的方法確實能在產率合理下以溫和的條件合成惡嗪酮骨架,其中以2,3-二甲基取代基為起始物之產率尤為優異,但由於TBAB殘留問題,無法得到精確產率,期盼未來研究可著手改善此問題,而讓這條全合成路徑更經濟實用。而透過改變催化劑亦提供我們推測其反應機構,但仍期盼未來能以立體化學得到更多證據證明反應機構。

利用Chain-of-thought Prompt優化ChatGPT邏輯推理方面的能力

ChatGPT 問世後,許多問題皆已能由其回答。然而在邏輯方面的問題,ChatGPT 免費版有著明顯的不足,時常出現似是而非的答案。為了解決此問題,本研究利用連線 ChatGPT API,使用四種 Chain-of-thought prompt 的方式,將問題分解成若干個子問題,利用子問題們提供原問題較多的資訊以降低在解題過程出現的錯誤。最後分析四種方法的優劣,四種方法各有優缺,並無一方法於所有題目皆正確率最高。

泛基因組分析破囊壺菌產油基因

破囊壺菌為海洋原生生物,因可產生DHA 而被廣泛使用於藻油生產。破囊壺菌可透過18srRNA 鑑種,不同菌株之產油量相差甚大。其產油途徑主要有 FAS 及 PUFAs 二條路徑, 含有 PUFAs 之菌種通常具有較高之產油率。前人依產油途徑將破囊壺菌分為三型 (I–III 型),然而各型基因組間之差異仍待研究。本研究透過生物資訊分析 8 個破囊壺菌基因組, 發現同型之破囊壺菌其產油相關基因 (PUFAs, Desaturase, Elongase 及 Citrate lyase)之存 在具有高度相關性,基因共線性分析也顯示其產油基因間具有高度同源性,然而同屬之破 囊壺菌不一定為同一型,顯示以 18s rRNA 鑑種可能不適用於破囊壺菌。此外,Citrate lyase 僅存在於第 II 及 III 型,顯示第 I 型破囊壺菌其 DHA 合成之碳源來自不同途徑。