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2020年國際科展現場直擊3:視覺中的鬼影是哪來的?讓未來的機器人幫忙搬家!

吼猴
・2020/04/12 ・1739字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

從上兩篇國際科展研究介紹,能看出中學生對生活、自然界的重視。源於對生活的熱情,行為與社會科學科和電腦科學與資訊工程科的學生們也從人類習性的角度切入,產出有趣的主題。所謂科技來自人性,科展主題也來自對生活的探索與對自身的好奇。

海報展示會場。攝影/吼猴

【行為與社會科】:視覺中的鬼影是哪來的?

臺北麗山高中周芷語、謝宜薰在看到《國家地理》雜誌探討視覺的文章,對自己視覺中所產生的鬼影感到驚奇。赫曼方格是因人體視網膜的「側抑制作用」而造成的,在某些視覺刺激較強時,接收到周圍較弱訊號的細胞會被覆蓋。在赫曼方格的例子中,黑方格與白線條中會有錯覺造成的灰點。

兩人疑惑赫曼方格會讓人感覺黑色方格間白色線條的交會處出現暗點,但一般穿著的格子衫卻很少會出現這個狀況,萌生出想進一步研究的想法。他們的作品獲得本次大會獎二等獎。

圖/The Cry of All

研究中針對三種視錯覺中生理錯覺的赫曼方格來探討,他們將赫曼方格套入不同配色,以 RGB 色法去定義對比色、互換色和相近色,再將這些方格設計為格子衫,讓受試者觀看並探討消費行為。

由於傳統的赫曼方格(黑白配色)所受到的側抑制較明顯,較易產生生理錯覺,並且在黑白色互換後因眼球較激烈的顫動(saccade)使得閃爍程度上升,導致眼睛易感到疲憊。不同顏色的赫曼方格則會受到視桿與視錐細胞的影響,導致我們看到不同的生理錯覺。例如看著紅綠格子衫時,正常視覺下鬼影的出現和灰點閃爍程度皆為零,然而紅綠色盲的受試者卻會看到鬼影——這樣的差異,就會影響到受試者是否較有意願購買這種配色的衣服。

鬼影時現時滅……難不成我有靈媒的體質?圖/GIPHY

提及未來的研究方向時,周芷語、謝宜薰提及應該要再修改問卷設計,並且未來進行實驗時,期望能運用眼動儀和腦波儀來使實驗結果更精確。

【電腦科學與資訊工程科】運用空間物品記憶裝置建構搬運機器人

北內湖高中廖子游、邵明諒、林禹丞表示,先前於全國科展時,他們研發 AR的相關軟體,希望能經由環境物體辨識和定位,導航出指定物品的正確位置。延伸功能若能夠套用在機器人身上,能使機器人與人之間有更良好的互動,且能更合乎我們的訴求。

也許未來逛超市的不再是人,而是擁有空間記憶的機器人了。圖/GIPHY

團隊研發一款 AR 記憶眼鏡,能在日常生活中建構整個空間,並利用特徵點建構平面並辨識物體,標記出這個物品在空間中的地點。即使被記憶的物品是放在抽屜中,或是剛好在記憶眼鏡視野的正後方,也能夠藉由記憶中的方位與距離正確引導出物品的所在位置。如果能進一步將這樣的記憶資訊傳達搬運機器人,擁有空間記憶的機器人就可以正確找到尋找的物件,並做出妥善的處理。舉例來說,我們吃糕點時常一不小心就掉屑屑,此時若人類配戴 AR 記憶眼鏡,可以迅速讓掃地機器人趕到現場進行清掃。

關於自己出色的設計,他們表示就高中生而言能運用的經費有限,無法購得實質的 AR 眼鏡。不過,三人藉由手機裝載自製 app,再將手機放入 AR 眼鏡殼來模擬 AR 眼鏡的畫面,並以有線耳機上的音量鍵作為操作眼鏡的控制器。真正的挑戰是物件識別的整合、數據資料的處理,以及要讓程式計算出正確的物件方位和距離。

圖/giphy

儘管年紀尚輕,這些充滿創意的中學生們身上已散發著渾厚的科學家氣息。無論是對於周遭未知的問題窮追不捨,又或者能從簡單原理發想新的創意。雖然有時會受限資源不足,他們都細心地對此進行嚴謹的研究,即使挫敗也不輕易言棄。這樣願意親自深究,挖出未知背後的真相,正是研究學者所應具備的精神。

期許未來能有更多同學能運用課堂中的知識,在科展中一顯身手,明年我們在科教館不見不散!

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吼猴
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臺大農業化學系出生。什麼都想嘗試,什麼都想創造。 但最深沈的渴望莫過於將生活的喜悅與驚奇分享給眾人,無論是狗狗貓貓的萌照、曲折離奇的故事,又或是總能帶給人新奇有趣的科學冷知識。 決意以溫柔真誠的言語將這個世界的驚奇,分享給想知道的人們。


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小鼠研究指「間歇性禁食」可延年益壽——重點不在總熱量,延長用餐間隔才是重點!

台灣科技媒體中心_96
・2021/10/24 ・2679字 ・閱讀時間約 5 分鐘

2021 年 10 月 18 日,國際期刊《自然醫學》(Nature Medicine)公開的一篇研究論文,探討飲食模式和改善生理健康之間的關係。研究將小鼠總共分為五組:(1)自由取食、(2)限制 30% 的熱量攝取,但沒有禁食期、(3)限制 30% 的熱量攝取,半天內給食三次,另外半天禁食、(4)限制 30% 的熱量攝取,每天只給食一次,其他 21 小時禁食、(5)熱量攝取總量不變,但每天禁食 21 小時。

研究運用液相層析質譜儀(Liquid chromatography–mass spectrometry),以及轉錄組分析(Transcriptional profiling)等方法,發現僅「禁食」而沒有減少攝取的總熱量,就足以得到在限制熱量的飲食模式時出現的大部分代謝與核酸轉錄的特徵,以及延長壽命、防止衰弱等健康上的好處。

該研究歸納出以下三大結論:

  1. 過往研究限制熱量攝取的好處時,無法分辨原因是「總卡路里攝取下降」還是「有規律的長時間禁食」。這篇研究協助釐清熱量限制帶來好處的原因,發現單純禁食而並不減少總熱量攝入,就足以達到有助代謝和延緩老化這些健康效果。
  2. 研究是在特定的條件下所觀察到的現象,不同性別及不同品系的小鼠,禁食的效果就不同,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。
  3. 禁食很可能是限制卡路里攝取時,可改善健康和長壽所必需的關鍵。如果可以證明適用於人類,未來可能幫助人們在不需要減少卡路里攝取總量的情況下,也能延緩老化、促進健康。
圖/Pixabay

大爆吃再間歇性禁食更健康?仍有待證實

臺大醫學院腦與心智科學研究所教授王培育指出,適當的飲食限制對於促進代謝、預防疾病及延長壽命的益處已是廣為人知。然而在早期用酵母菌、線蟲及果蠅作為實驗對象的研究中,受限於實驗模式,大多是以稀釋食物中的營養成份且自由飲食的方式來觀察飲食限制的好處 [1][2][3]

而在哺乳類中,小鼠或猴子實驗則是以每日一到二次或數日一次的方式,餵食正常食量的 40-80% [4][5],因此,一直以來飲食限制所帶來的好處被認為是降低日常飲食中卡路里的總量所導致。但是這些傳統的觀點在近年來的研究中已是備受挑戰,例如每日限制時間或食物量的餵食或禁食(於幾個小時內自由飲食或吃完定量的食物),也可明顯的達成健康長壽的好處 [6]

所以,重要的究竟是卡路里減量,還是禁食?本篇研究利用特定品系的小鼠,以系統性的方法實驗數種飲食的模式並且分析多種代謝及生理指標。結果顯示適當的禁食,可能是影響健康指標的關鍵,然而這是否意味著大吃大喝但間歇性的禁食是比少量及少餐更好的選擇呢?有待日後有更多的研究證據來說明。

規律禁食/進食,比總熱量攝取更重要

王培育也指出,這份研究僅使用了兩種品系的公、母小鼠進行研究,便可觀察到飲食限制對於不同性別及兩種品系小鼠的生理反應造成許多的差異,顯示本研究是在特定的條件下所觀察到的現象,無法廣泛推論於不同物種或不同飲食文化的個體。

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處,因此營養均衡、不必在卡路里上斤斤計較,一樣可能擁有健康長壽。

王培育指出,這份研究詳盡的比較了長期限制總熱量攝取與間歇性禁食,對代謝、老化以及壽命的影響,結果也顯示了有規律的間歇性禁食也許就足以帶給我們健康上的各種好處。這告訴我們,吃什麼、吃多少固然重要,何時吃以及飲食是否規律也許更重要。這結果與上月一篇發表在期刊《自然》(Nature)上的果蠅間歇性禁食實驗結果不謀而合 [7]

這份研究提供一個重要的概念,適當的禁食可以達成傳統的飲食限制(禁食加上卡路里減量)對身體健康的好處。圖/Pixabay

「禁食」才是有助代謝的關鍵

國立中興大學食品暨應用生物科技學系特聘教授蔣恩沛指出,過去許多研究都發現「限時進餐」或「限制進餐量」具有代謝益處,並延長小鼠的壽命。然而這些發現並無法釐清,哪些是純粹因為減少熱量攝入引起的好處,而哪些是因實驗要控制卡路里而無形中施加了禁食所致。

本研究在小鼠實驗中發現,限制卡路里的飲食方式,促成葡萄糖代謝、虛弱和壽命的各項改善,其實需透過「禁食」來達成。研究推翻了長期以來認為卡路里限制飲食對哺乳動物有益僅是由於減少總熱量攝取的觀點,並強調當中的「禁食行為」才是有助代謝(例如提升胰島素敏感性)和延緩老化這些保護作用的重要原因。

研究結果揭示了我們何時以及吃多少食物,如何調節代謝健康和壽命,並證明每天延長禁食,而不僅僅是減少熱量攝入,可能是熱量限制飲食對改進代謝和延緩老化的原因。過去已有研究表明,延長兩餐間隔對健康有益,本研究結果與過去研究也有相當的一致性。

蔣恩沛表示,人類老化過程中所伴隨的退化過程和疾病,有許多變因,除了攝食量、飲食方式、種類,還有基因、環境因素,甚至腸道菌相,均可能扮演角色,遠比實驗動物複雜。然而可以確定的是,限制熱量攝取可提供代謝上的益處,並可能減緩衰老、延長壽命。

圖/Pexels

本文編譯自科學期刊文章,完整文章來源:

參考資料:

台灣科技媒體中心_96
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