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生物律動-住在身體裡的音樂家特展

Jacky Hsieh
・2014/12/22 ・1478字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 452 ・五年級

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我們很習慣「聽到」聲音,早上叮咚的公車到站鈴聲,辦公室主管漸漸接近的腳步聲,晚上經過家門那首少女的祈禱,我們透過聲音辨識位置、方向、是誰或什麼的聲音,進而這個聲音帶給你期待、緊張、或是興奮。

關於「聽到」這件事,太習以為常,即便我們都學過聲音是一種具能量的波動,但看不到的波,我們只能用感覺刺耳來知道它頻率太高,感覺大聲來知道它波動在很大的時候就傳入耳裡,國立臺灣科學教育館即日起到明年六月的「生物律動-住在身體裡的音樂家特展」就是要讓你不只聽到,還要看到、體驗到、感覺到。


首先,我們可以透過聲音判斷方位,不外乎因為我們有兩只耳朵,聲波傳入兩耳的差別讓你判定主管從哪來、垃圾車方向在家門前還是開到家門後了。展場裡掛了兩只耳機,播放著現場收兩顆不同方向的麥克風聲音,而這樣收錄的結果,播放給兩只分開的耳機,彷彿把左耳與右耳拆開,單獨聽到的感覺。而那兩只麥克風的收音結果,就像是電影院裡的全景聲或是環繞音響。

而當聲波傳入耳朵之後,耳朵裡的鼓膜連動三小聽骨,把這樣的訊號送入耳蝸,這些訊號推動耳蝸裡的纖毛,引起一連串電流訊號,當這些電流訊號送入大腦之後,我們才真的「聽到」聲音,展場裡的一個裝置互動藝術,你可以到耳朵造型麥克風前說話,說話時音響就會像鼓膜振動,而小鴨吉他水壺則是三小聽骨,耳蝸上面的纖毛有設置LED燈,當你喊的聲音越大,LED也會亮得範圍越廣。


除了讓聲波視覺化之外,藝術家與科學家也讓聲波轉化為身體可以感受到的觸覺。

聲囊像是一個睡袋,裡面只有兩個音響聽得到聲音,剩下的傳動器則會轉化聲音,像是音響但少了薄膜一起振動,而把振動直接讓身體感受。聲囊裡頭的聲音,來自藝術家在走路與騎腳踏車於身體不同部位裝上麥克風所錄製的,在根據錄製的位置播放,耳邊聽到腳步聲,腳下則可以感受到傳動器的震動,真實的在囊中感覺到像是走路的感受。而音波椅與音波床也是有些類似的概念,聲音做的按摩椅與按摩床,讓我想到電影院裡的4DX,把耳朵、眼睛所看到與聽到的震撼效果,讓身體一起分享。



音樂也常常帶個人不一樣的情緒,就像傷心的人會想聽些慢歌,而快節奏的搖滾則讓人開心。場內有認知神經學家的實驗進行中,透過電腦研究,蒐集世界各地人與情緒以及心律和膚電反應的關係,你不僅現場實驗可以讓自己的實驗結果成為資料的一部分,同時他也會透過過去已蒐集到的資料,分析你的主觀情緒感受與生理資訊的結果,判斷你聽到實驗音樂的情緒反應;而聽到的不外乎是台灣流行歌曲,每次聽到的都不一樣,說不定你可以在現場驗證你認為讓你興奮的音樂,在生理結果上是不是也跟著興奮起來呢?!

現場還有許多讓身體、畫面、情緒,相互轉換,或是交互作用的裝置,讓「聽到」第一次突破聽覺大解放。2015/6/10前,別忘了找機會來科教館打開五官「聽」聲音!







//原文發表於作者部落格

展出資訊

【時間】2014/12/11~2015/6/10
    週二至週五9:00-17:00
    (假日、寒假延長至18:00)
【地點】國立臺灣科學教育館七樓西側
【售票】國立臺灣科學教育館

文章難易度
Jacky Hsieh
57 篇文章 ・ 0 位粉絲
中大認知所碩士。使用者經驗工程師。喜歡寫東西分享。

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運動、認知與療癒:人與音樂的連結,從心跳開始
活躍星系核_96
・2020/02/29 ・2871字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

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  • 文/林懷亞

音樂,是人類身體的本能。我們的談吐語調、呼吸、器官與細胞的週期以及心跳,都擁有自然和諧的韻律。這些原始的「生物律動」是人類創作、欣賞音樂的基底,當我們不僅僅以耳朵接收或創作音樂,而進一步以身體參與音樂的高低起伏、快慢跌宕,你也許會發現,音樂與我們的生命原來「聲聲相依」。

Image by OpenClipart-Vectors from Pixabay

音樂結合生物體感、觸覺及心理的相關研究近年備受關注,許多跨界音樂創作者更以人類與音樂互動的關係為創作元素。音樂不僅僅是藝術領域的一環,也提供了身心調適與治療之用。本文將從人類的心跳講起,認識音樂與人體的種種美好連結。

人類的「節拍偏好」

2002 年比利時根特大學的 Dirk Moelants 的研究發現,人類的「節拍偏好」(Preferred Tempo)速度為 120 至 130bpm(BPM全稱為「beats per minute」,即每分鐘節拍速度) 1,像是走路、鼓掌皆是這個速度。同時,Moelants 統計了「1960 至 1990 年中最流行的七萬四千首歌曲」,其中最多的速度也落在 120 bpm,兩者不謀而合。

在 Moelants 之後,2016 年音樂串流公司 Spotify 統計了美國該年五至九月一萬首熱門歌曲,發現多數歌曲速度落在 70 至 180bpm,與一般人的安靜心率 60 至 100bpm 範圍十分接近,更值得注意的是,這一萬首歌的拍速也以 120 至 130bpm 為大宗。2

跟著音樂動次動!音樂真的能幫助我們增加運動效率嗎?

音樂與運動的研究最早可以追溯到 1911 年,當時的科學家就已發現自行車騎士在聽音樂的情境下,踩踏板的速度比平時快。3  2012 年,英國雪菲爾哈倫大學實驗顯示,若自行車騎士與背景音樂的韻律同步,相較沒聽音樂或是沒與音樂同步的騎士,耗氧量少了 7% 之多。在這樣的情境下,音樂就像身體的節拍器,穩住節奏並減少耗損體力。4

以上的實驗結果,都是源於聽覺神經元運動神經元的直接連結。當我們接收聲音時,兩種神經元會互相牽動,使我們自然而然想跟著音樂擺動身體,這在對音樂毫無認知的嬰幼兒身上就可以看到,並非後天習得。

近年有氧舞蹈課程、韻律課程越來越熱門多元,健身房裡不是大聲放著動感音樂,就是人人一副耳機栽在自己的世界裡,「運動音樂」隨著人們對音樂調適身體韻律的認知漸漸成為音樂產業大熱門。Spotify 的〈Groove in the Heart〉計畫,就集結該年前一萬名熱門曲目,依速度排列為極輕、輕、適中、強、極強五個級別,讓使用者根據自己的運動型態搭配音樂(例如適中級音樂適合有氧,強度音樂助於激烈的短程周期式運動等)。只要輸入自己在該運動狀態下的最大心率,便能從中找到適合歌曲,編輯個人專屬的運動歌單。

根據心跳頻率建議使用者歌單。圖/翻攝自 diegoolano

另外,運動品牌 Nike 也曾與美國獨立唱片公司 DFA Records 旗下樂團 LCD Soundsystem 合作,於 2006 年在 iTunes 推出為跑者量身打造的 Original Runs 系列音樂,譬如〈45:33〉這支 45 分鐘半的作品就是根據慢跑完整週期心率製作;從堆疊的暖身、穩定的高峰再到漸緩沉澱的音樂。5

聽莫札特不會變聰明,但聽音樂確實可以治療你我

我們身體對音樂本能性的連結與反應,使音樂成為了調適身心的利器,音樂治療的研究與應用越為普及,並常使用於心臟疾病治療。

例如美國醫療機構 Mayo Clinic 的團體 Healing Enhancement Program 與音樂家 Chip Davis 合作,鼓勵病患在手術過程與手術前後聆聽音樂。8柏克利音樂學院音樂治療系的 uzanne Hanser 及其團隊研究更證實音樂對於心臟疾病治療復原期間的身體與心理狀態有所幫助,可以穩定血壓、睡眠品質、舒緩壓力與焦慮。9

音樂不僅應用在病況控制,也可以協助病人親屬處理情緒。美國音樂治療師 Brian Schreck 曾與醫療中心暨小兒科醫院 Cincinnati Children’s 合作,替失去孩子的家人製作音樂,協助他們面對孩子離世的悲傷。Schreck 認為心跳聲是世上最美的聲音,而所有韻律都由此而生,因此他錄製病危孩童的心跳聲,根據心跳的節拍改編他們生前最喜歡的歌曲,讓親屬仍能感受、回憶與逝去親人的親密互動。

當心跳與音樂相遇:既能翻轉音樂又能科普!

除了研究既有音樂與生物律動的關係,也有許多人結合兩者創作多媒體藝術,打破藝術與科學的藩籬,為彼此增色。最後,我們來認識兩個讓你意想不到的跨界作品!

「聽你」創作的歌:音樂的樣貌由你的心跳決定!

儘管我們每個感官接收到的訊息都由大腦的不同部位分別處理,但我們聽音樂當下接收到的視覺、觸覺甚至嗅覺,卻可以影響我們對音樂的感受。Luciano Bernardi 與他的團隊在 2011 年研究發現,不僅音樂引起的情緒會造成心血管運動的改變,音樂對心血管的生理影響也會改變我們的情緒。6因此不僅文化、時空背景會影響人對音樂的感受,人的身心狀態也會。同一首曲子,不只一百個人聆聽會有一百種感受,一個人聽一百次也可能次次感受不同。7

紐約音樂家 J. Views 就以音樂和生理、心理的連結,創造了音樂實驗計畫〈The DNA Project〉,解構組成音樂的元素之一——節奏,反轉聽者只能「聆聽」的立場,讓他們成為創作的一分子。 2016 年以實驗成果集結發行的專輯《401 Days》,歌曲〈#Almostforgot〉,便使用聽者心跳為節拍,創造出各種版本。聽者只要將指頭置於手機鏡頭,讓它偵測隨心跳細微改變的指頭顏色,就能以心跳作為歌曲的 BPM,改變歌曲的節奏。偵測心跳後,螢幕也會出現搭配的動畫,並隨著聽者的心跳決定播放節奏。8這支作品不僅強調了聽者為音樂不可或缺的角色(若沒有「聽者」,仍會有音樂嗎?),也具體呈現了每個人對音樂的不同感受。

音樂沒有絕對,心跳也是:音樂與醫療聯手讓心律不整不再難以理解

穩定的節奏使我們得以跟上音樂的韻律,但有時來點不規律,也充滿驚喜。2017 年英國倫敦大學瑪麗王后學院教授 Elaine Chew 與她的團隊進行了一項計畫〈Arrhythmia Suite〉,收錄了不同心律不整的心電圖數據做為節拍依據,再尋找有相似節奏的音樂,並將音樂調整成與對應心跳節拍完全相同的歌曲。11最後這個計畫集結成一系列的鋼琴曲目,例如 Larsen〈Penta Metrius〉便被改編成〈Mixed Meters〉;Piazzolla〈The Grand Tango〉也變成了〈III Tango〉。其實 Chew 自己也有心律不整,她與心臟專科醫生希望藉此計畫認識更多心律不整的情狀,並透過曲子改編的對比,幫助病患及家屬認識這個疾病,進而有益於醫生判定病情的不同階段,制定療程。

出生之前,我們從心跳開始認知世界;出生之後,我們從心跳開始認知音樂,甚至創作音樂。原始的「生物律動」使我們天生就能與音樂連結。因此,我們除了能利用音樂調適身心,也能透過音樂更深刻地傳遞彼此的話語、情感、記憶,與人同理、共感。

注解

  1. Rob, M. (2016, November 01). Groove is in the Heart: Matching Beats Per Minute to Heart Rate.
  1. Moelants, D. (2002). Referred Temo Reconsidered. Proceedings of the 7th International Conference on Music Perception and Cognition.
  2. Ayres, L. P. (1911). The Influence of Music on Speed in the Six Day Bicycle Race. American Physical Education Review, 16(5), 321-324.
  1. Bacon, C. J., Myers, T. R., & Karageorphis, C. I. (2012). Effect of music-movement synchrony on exercise oxygen consumption [Abstract]. The Journal of Sports Medicine and Physical Fitness, 52(4), 359-365.
  2. Leone, D. (2006, October 20). LCD Soundsystem: 45:33.
  3. Bernardi, L., Porta, C., Casucci, G., Balsamo, R., Bernardi, N. F., Fogari, R., & Sleight, P. (2009). Dynamic Interactions Between Musical, Cardiovascular, and Cerebral Rhythms in Humans. Circulation, 119 (25), 3171-3180.
  4. Szendy, P., & Nancy, J. (2011). Listen: A history of our ears. Preceded by Ascoltando / by Jean-Luc Nancy. New York, NY: Fordham Univ. Press.
  5. Blake, E. (2016, April 07). See the first-ever music video controlled by your heartbeat.
  6. Hanser, S. B., & Mandel, S. E. (2005). The Effects of Music Therapy in Cardiac Healthcare. Complementary and Integrative Therapies for Cardiovascular Disease, 320-330.
  7. Mayo Clinic. (2007, November 05). Complementary Therapies Help Patients Recover After Heart Surgery.
  8. Chow, E. (2018, October 24). The Music of Arrhythmia.
活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 96 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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數理才沒這麼難!快用女力一起「設計我們的世界」
valerie hung
・2019/06/05 ・2457字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

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希望看展覽也能像看戲劇一樣,同時進行視覺與聽覺體驗,最好還能動手實作?現在國立台灣科學教育館展出的「設計我們的世界-科技性別化創新」展覽(以下簡稱「設計我們的世界」展)就能滿足你的需求!

不但可以學習新知,還能視覺聽覺雙重享受,甚至還能動手做!這麼好康的展覽哪裡找?

細膩布置,帶你看見蒙塵微光

策展人暨科教館「跨領域策展小組」組長林怡萱表示,團隊花了一年的時間收集資料、規劃主軸、設計教具、動畫與歌曲,打造亞洲還很少見,同時結合科學工程領域女性議題、性別化創新觀念與實作體驗坊的展覽。

「設計我們的世界」展除了能讓未來想投入 STEM 領域(科學、科技、工程與數學)的女孩認識科學歷史上的女性典範,也適合自認不擅長數理或不具備創新能力的大朋友與小朋友,通過展覽發現新的學習方法與自己的創新潛能。

第一大展區「關鍵少數」除了精細的布置與真跡複本,策展團隊更用心安排燈光、音樂、動畫與多媒體互動等豐富元素,讓參觀者更容易融入時代氛圍。透過劇場式的體驗帶你走進雅典時代、文藝復興、啟蒙運動、十九世紀至二十一世紀等不同的時空,認識當時的女性典範與她們面臨的困境。

策展團隊結合了多媒體,讓你走進過去的世界,見識過去的女性光輝。

科學是眾人之事,並非只靠單一明星

提到對科學領域有重要貢獻的人,一般人都能隨口舉出好幾個科學家的名字,但其實科學知識能順利進展與傳播,並非只是靠科學家的努力,還需要協助研究的研究助理、製作儀器的工程師、紀錄動植物圖像的科學插畫家,製作解剖模型的工藝家,科普工作者等人的付出,才能讓科學社群蓬勃發展。

在「設計我們的世界」展,你將看到這些鮮少出現在科學主流的女性研究者身影。例如生活於十七世紀的瑪麗亞.西碧拉.梅里安 (Maria Sibylla Merian),因為對昆蟲感興趣,開始系統性觀察、紀錄昆蟲並畫下牠們不同生命階段的樣子。梅里安曾花兩年的時間,帶著女兒前往荷蘭殖民地蘇利南 (Suriname) 進行生態觀察之旅,完成記錄當地動、植物的重要《蘇利南昆蟲變態圖譜》。

而啟蒙運動時期的夏特萊侯爵夫人 (Émilie de Châtelet) 作為熱愛科學與哲學知識的沙龍女主人,曾於 1740 年出版一本介紹牛頓等當代知名科學、哲學理論的科普教科書《基礎物理》 (Institutions de Physique)

在啟蒙時代的沙龍文化中,女性扮演了非常重要的角色,各種新潮思想在此萌發。

為什麼科技需要性別化創新?

被譽為現代解剖學之父的維賽留斯 (Andreas Vesalius) 曾因為當時社會分工影響,缺乏臨床經驗,簡化了對男女生理器官差異的認知而提出「除了生殖器官以外,男性與女性的器官並無差異」的誤解。而這類未察覺的性別偏誤,仍存在於現代科學工程研究與生活環境中,讓我們產生錯誤判斷或忽略可能的創新機會。

在「見維知著」展區,策展團隊結合史丹佛大學的「性別化創新」(Gendered Innovations, GI) 專案研究與國內外實際案例,從科學、健康醫學、工程或環境四大角度,帶參觀者了解「性別刻板印象」、「忽視性別差異」與「僅專注於性別」等習慣所可能產生的問題。

此外,這裡也介紹了許多納入不同性別與不同年齡層使用者需求的創新案例。例如維也納政府在設計無障礙道路設計時,如何從性別的角度切入,讓無障礙道路同時提供行動不便者、提著購物袋、推娃娃車或照顧其他家庭成員的人更安全且舒適的行走空間。

你知道在西方科學研究占一席之地的實驗動物,除了生殖學與免疫學,大多數領域很少用雌性動物做研究,甚至沒詳細紀錄性別嗎?圖/flickr

數理真的很難,還是我們把它教得太難?

奧瑞岡科學與工業博物館的 Design Our World (DOW) 教案發現,如果想要吸引女孩投入工程與科技領域,在教案設計上需要注意幾個要點:提供女性榜樣、生活化、說故事、吸引感官、凸顯利他主義、個人化,使用包容性的語言,以及設計開放式與沒有標準答案的活動;這樣的教案設計同時適合不擅長通過傳統考試與競爭來學習的兒童。

策展團隊以 DOW 教案的精神打造出「匠心獨運」展區,規劃「與樹共生」、「手術解決方案」、「地震緊急救援」等遊戲,讓大小朋友直接根據任務目標,運用現場的材料,發想創意並動手打造原型 (prototype),體驗科學家與工程師創新的過程。例如在手術關卡,你將拿著細小的工具,嘗試在有限的範圍內取出物件,感受在人體內開刀的困難以及好用的醫療器材對外科手術有多重要!

在「匠心獨運」展區,大朋友小朋友都可以動手嘗試發揮創意、解決問題。

如果參展者看完展覽有任何的感想想交流,可在最後的「集思廣益」區聽演講、玩桌遊、留下意見回饋,激盪出更多的思緒與創意火花。

保持對世界的好奇,找到自己的專長

對於想要投入 STEM 領域,但擔心自己數理不好、無法成為科學家的年輕女性,林怡萱分享道:

除了知識和理論外,實作能力、同理心、好奇心以及企圖心,都是科學家不可或缺的精神。

如果現在覺得不擅長某些科目,可能是沒找到適合的學習方法,她建議大家先設定想解決的問題,再收集需要的相關知識,讓學習並非單純為了考試與成績。此外,如同展覽要傳達的,現代科學工程領域包含了各式各樣的工作,也許你擅長的專業就是團隊需要的人才也不一定呢!

《設計我們的世界-科技性別化創新》展期 2019.02.26-11.24,在國立台灣科學教育館七、八樓東側展廳。

本文感謝林怡萱小姐、鄭鴻旗先生

valerie hung
39 篇文章 ・ 2 位粉絲
興趣多多,書籍雜食者,喜歡問為什麼,偶爾也愛動手嘗試。

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2015台灣國際科展 民俗祕方、太空氣候、蟑螂觸角皆題材 
劉珈均
・2015/03/09 ・4280字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

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文/劉珈均、蔡佩容、簡韻真

台灣國際科展自2002年起舉辦,像個科學競技場,各國好手在此交流、過招,選手的競技選擇繁多,有數學、化學、物理與天文學、動物學、微生物學、醫學與健康科學、行為與社會科學等13科,看見這些只有15到18歲左右的國高中生,是如此努力地「應用所學增進人類福祉」,若你也(跟採編們一樣)抱憾自己高中時代被考卷淹沒,一起來看看上個月的科展有哪些中學生驚人研究,逛逛今年來自20國家、展出150件作品的有趣攤位吧!

青少年科學家得主

各科獲獎學生有機會被選派繼續參與美國、荷蘭等國際科展,大會評審並從13科的一等獎選拔出三件專題,成為科展最高榮譽「青少年科學獎」,今年由建中高一生陳韋同、台中一中高二生李嘉峻、來自美國的華裔高中生張杰西(Jesse Zhang)共同獲得這最大獎。

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由左至右分別為陳韋同、李嘉峻、張杰西。圖/劉珈均攝。

陳韋同已不是第一次進入國際科展複賽了,此次他設計「單點定位系統應用於無人飛行器控制系統」,厲害的地方在於,只要單一參考點,即可即時而精準的定位!目前常用的定位系統仍稍有不便,如GPS定位需要三四顆衛星,且無法用於室內追蹤;一般室內定位用的RSSI技術(Received Signal Strength Indicator)亦需要至少三個定位點,且訊號易受物體干擾或牆壁反射,常得多一道演算法抵消;無人飛行器常以相機定位,易有死角,也有妨害隱私疑慮。陳韋同讓定位點減少的方法是利用兩個旋轉速率不同的磁鐵產生磁場變化,只要測磁場的相位差,再配合分頻多工(Frequency Division Multiplexing)的數位訊號處理,就可得知物體在三度空間中的位置與角度,相當方便用於室內定位。年紀輕輕的他已在申請專利,除了應用於無人飛行器,也可延伸用在行動穿戴裝置、照護機器人甚至送餐機器人的室內定位控制,讓機器人更完美地執行任務。

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根據GOCE衛星資料繪成的地球洋流影像。photo credit:ESA/CNES/CLS

太空也要有天氣預報!大氣層最上層的熱氣層常受太陽風影響,讓空氣分子的密度產生變化,這也會影響到在這個高度巡弋的衛星。來自美國科羅拉多州的張杰西發現,除了太陽風之外,月球重力場也對大氣層上層的「太空天氣」影響甚鉅。他分析歐洲太空總署2009至2013年的的GOCE海洋環流探測衛星資料(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, GOCE),由該衛星提供的地球磁場、地表冰層厚度及洋流等數據,計算出不受月潮振盪和地磁影響的結果。發現月球的重力也會影響增溫層的氣象,如同影響地球的潮汐一般,且影響力可以達到太陽風的 50 %。這個月潮信號(lunar tidal signature)的動態分布與氣層的相對密度及帶狀氣流(zonal wind)都有季節-緯度(seasonal-latitudinal)上的關係。

李嘉峻喜歡數學,在看書過程中看到有趣的題目,他以六個環狀數字為雛形,分析相間兩數字相減之後的絕對值,在這些環狀排列的條件下,探討其守衡狀態及其全數歸零的研究。李嘉峻說,不同於一般多以數論角度去解釋數列的性質,這專題提供另一個角度討論盧卡斯數列與梅森數列;就實際應用,守衡狀態中的同餘性質或許可用於通訊傳遞與密碼學的加密資料,不過這是否可行還要進一步探究。

颱風、鄉野傳說、攝影機腳架──生活即科學

每個家庭可能都有些祖傳秘方,從小立志當醫生的加拿大高中生艾蜜莉˙歐萊里(Emily O’Reilly)也不例外,她的科展作品靈感來自她克羅埃西亞爺爺的「民俗保健食品」──杏子(apricot)。幽門螺旋桿菌會引起胃黏膜慢性發炎,進而導致胃及十二指腸潰瘍,甚至胃癌。在她爺爺的家鄉,相傳杏子可以治療胃癌,歐萊里歷時一年作這實驗專題,她移去杏仁中的氰化物成份,以確定幽門螺旋桿菌不是被氰化物殺死,再將杏子萃取物加進幽門螺旋桿菌的培養皿,發現杏子萃取物的確能產生生長抑制圈。歐萊里的爺爺已過世,歐萊里以此專題紀念爺爺,她也期盼未來能進一步研究杏子對抗胃癌的功效及應用。

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加拿大高中生艾蜜莉˙歐萊里探討爺爺家鄉的「民俗保健食品」杏子是否真有抑制胃病的效用,以此專題紀念爺爺。圖/劉珈均攝。

人人喊打的外來入侵種「小花蔓澤蘭」嚴重影響台灣本土生態系。但是曉明女中的許芷瑄利用移植腫瘤到裸鼠身上,發現小花蔓澤蘭的葉和根莖萃取物有清除自由基的能力,以及保護紅血球不受自由基誘發溶血反應,研究也發現它可以抑制血癌細胞生長。換句話說,小花蔓澤蘭可能具有抗氧化及抗血癌的功效!若未來成功利用它開發預防自由基疾病及抗癌的保健食品,也許就能促使大家踴躍除去小花蔓澤蘭,讓台灣生態系鬆一口氣,還另外賦予了「害草」重大生存意義(天生我材必有用,突然有點勵志啊)。

每次颱風來襲,大家除了關心有沒有放假之外,也都會緊盯颱風轉來轉去到底會從哪裡登陸,來自美國的吳威廉(William Wu)也希望能找到預測墨西哥灣颶風登陸地點的方式。他分析超過八十筆颶風登陸的歷史資料後,發現颶風登陸地點與路徑的相關性。他將會指向登陸地點的颶風路徑的切線位置連起來,建立出三條紐帶,當颶風經過時,可以大致估計其前往的登陸地點,他說這種方法的平均預測誤差比目前美國國家颶風中心模型的預測誤差少了 50 %。

天文學專題在科展屬鳳毛麟角,今年北一女學生柯芷蓉與江郁儀從選修課的作業延伸發想專題,從高一斷斷續續作到高三,探討紅移與星系顏色的關係,此專題拿下物理與天文學科別首獎。天文學家用望遠鏡擷取遙遠星系的資料,而宇宙正在加速膨脹,導致星系的顏色會往光譜波長較長的紅光方向移動,此為「紅移」,天體距離愈遠,遠離速度愈快,紅移值愈高,紅移值可用於計算地球與天體的距離。柯芷蓉說,他們看到一篇研究(Strateva et al. 2001),該研究使用史隆巡天計畫(SDSS)釋出的數據推想,但當時SDSS尚未有紅移資料,因此該學者用星系的亮度推論紅移,設想愈暗的星系,離地球愈遠,紅移值也愈高,偏紅星系的紅移值高會偏紅,但偏藍的星系紅移值愈高則偏藍。「這感覺跟我們課堂聽到的天文知識相衝突。」他們決定深入探究。柯芷蓉說,SDSS後期的資料有紅移值,他們分析SDSS第7至12版本的57萬多筆資料,加入實際觀測的紅移數據,重新探討紅移值與星系顏色、亮度的關係,發現紅移與顏色並無絕對的線性對應關係,不能從亮度推論紅移,且偏藍星系紅移值高一樣偏紅。他們修正了原本缺乏資訊造成的誤差,讓星系資訊更精確。

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瑞士高中生埃利亞斯˙漢普的多軸手持腳架在現場吸引大批人潮。圖/劉珈均攝。

現場非常受歡迎的瑞士高中生埃利亞斯˙漢普(Elias Hampp)設計了多軸攝影機手持腳架,不論各種手持姿勢,腳架縱軸重心皆可巧妙的維持不變,其多軸關節緩衝手持給予的外力,讓影像維持平穩、不晃動,使用者也可調整螺絲位置,分配力矩配重。這腳架加上一台GoPro,簡直無往不利!只可惜腳架重量略沉了一點,小編熱烈期待以後是否有更輕巧的作品上市(若太輕巧,手持又容易晃動影像了,得抓到平衡點)。

國際科展有蟑螂入侵!

蜚蠊目 姬蜚蠊科 德國姬蠊 Blattella germanica  94昆蟲營 惠蓀林場
圖為德國姬蠊。photo credit: https://flic.kr/p/4Z7S7。

中山女高的生物老師蔡任圃有個綽號「蟑螂艦長」,他期望教育不只傳遞知識,更要引燃熱情,總是不斷鼓勵學生去闖。林沂萱、陳永文所做的《螂吞虎嚥》利用影像分析及電位記錄,探討斐蠊前腸的消化機制,結果發現牠們可以敏感偵測人體無法辨識的低揮發性物質,也會對可能影響酸鹼與滲透壓恆定的物質呈現趨避反應,未來也許可以利用這些趨避性來調配蟑螂藥。

另一組的姚乃筠、毛靖雯研究非真社會性昆蟲的蜚蠊,是否像黃蜂一樣,具有警告費洛蒙(alarm pheromone),能提醒其他個體逃亡或攻擊。結果發現自美洲蟑螂 (Periplaneta americana )分泌萃取的警告物質,具種內甚至是種間驅散效果,顯示其可能不為單一物種專屬的費洛蒙;此外,在不同性別與年齡間有不同的反應,推測分別有行為演化上的意義。未來也許可以利用以上兩組發現的趨避性甚至警戒物質,調配對環境傷害更小的蟑螂藥。

蟑螂總是惱人的爬上爬下,迅速躲開拖鞋攻勢,李欣玫與陳韻安探討蟑螂是不是能知道重力方向在哪裡。依據文獻資料,多數昆蟲用本體感受器如肌肉、關節、毛板等偵測身體各處的壓力,整合壓力資訊後才能推測出重力方向,這種方式需要較長的時間,若壓力資訊錯誤或身體各處壓力均等(例如被埋在沙子中),就會導致昆蟲判斷錯誤。蟑螂在地面、天花板、牆面等處爬行的過程中,重力方向不時變換,而蟑螂爬行速度又快,因此,李欣玫與陳韻安推論蟑螂身上有直接偵測重力的器官,讓牠可以迅速正確地判斷重力方向並作出反射以避免摔落,他們稱該器官為重力感受器(gravity receptor)。他們研究發現:蟑螂的觸角以及位於腹部末端的尾毛就是重力感受器;觸角需要兩側都存在才保有完整功能,尾毛只需單側即可;觸角的擺動可能是感測到重力方向改變後,產生的反射;蟑螂的尾毛有一種像小石頭的構造懸掛表面,與人類的耳石(同是與平衡有關的構造)十分相似,這種小石頭或許跟蟑螂感測重力有關,若之後有更多研究,找出相關的平衡機制,也許未來可以利用蟑螂來研究與人類前庭系統(包括耳石)相關的疾病。困擾很多人的暈眩症就是跟耳石有關,但耳石在耳朵裡,又小又不好找,若能利用長在蟑螂尾毛表面的小石頭研究應該會方便許多。

社科學生站出來 科展不由理工組「壟斷」

在這充滿自然組與理工氣息的場合,「行為與社會科學類」的攤位顯得獨樹一幟,國外科展多有此項目,台灣國際科展則是近三年才新增此科別。

北一女學生黃以寧與孟玉婕研究身障者與消費行為,過去研究顯示,不論是求職或消費,身障者常受到不平等待遇,黃以寧與孟玉婕換個角度想,若讓身障者轉換角色,位於生產者端,所受待遇如何?她們到夜市擺攤,請同一人分飾正常人與坐輪椅的身障者兩個角色,賣飲料六天,她們觀察記錄輔以問卷,分析來往一百多位顧客的行為。她們調查發現,年齡較高或是平日不常購買飲料的消費者,向身障業者購買飲料的比例及可能性較高(雖然購買行為受飲料吸引程度影響極高),這些族群的消費行為可能更受同理心驅策,其他變項如性別則較不顯著。她們希望藉由這些研究未來可以幫助身障業者,在打動消費者的時候做到更有效的行銷。

南非高中生蕾雅˙法蘭區(Leia French)自己設計遊戲「Gaming for Social Change」,在遊戲關卡中埋入社會議題暗示,希望以遊戲喚起對南非社會議題的關注,例如缺水問題、基礎建設不足、煤油燈造成的火災。蕾雅以問卷分析90位玩家玩遊戲前後的價值觀改變,發現這類遊戲能較輕鬆而更貼近生活的方式,喚起大家對社會議題的重視。

有趣的作品太多實在寫不下,對其他專題作品有興趣的讀者可以上科教館的網站看更多歷年的得獎作品。

 

劉珈均
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PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。