赛事动态 - 第 6 页 - Regeneron ISEF 国际科学与工程大奖赛

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA044 - 调查主体间现实

主体间现实是指当两个或两个以上的人接受某种信念体系时，会对客观现实产生实际影响。新冠疫情大流行期间，这类现实的出现占据了主导地位，围绕该疾病的谣言和言论通过社交媒体平台传播，常常宣扬有害的做法和应对措施。在反恐行动中，定量研究主体间现实对于阻止客观现实造成的实际后果至关重要。来自公开的新冠疫情谣言数据集的 Twitter (X) 数据被用于分析疫情话语的结构和观点变化。隐含狄利克雷分配 (LAA) 用于查找主要主题以组织相关讨论（帖子和评论）。混沌理论中的技术，例如递归量化分析 (RQA)、创建递归网络和构建转移矩阵，被用于研究观点的变化。最后，我们使用 NetworkX 的中心性度量来识别每个主题的帖子和评论网络中的有影响力节点，并将它们与真实性得分关联起来，以此来考虑虚假信息。本研究结果表明，虚假信息传播通过回音室（或聚类系数较高的话语结构）得以持续，真实性较高的话题表现出更流畅、更开放的话语结构（熵值更高，聚类系数更低）。此外，与疫情统计数据相关的话题通常符合后者的描述，而与诸如戴口罩等更具两极分化的议题相关的话题则符合前者。

Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA065 - 现代红线

我使用“空间资本”来指代城市地区社会经济流动性的潜力。我假设空间资本遵循皮凯蒂关于金融资本的r>g动态，即他的金融资本集中与不平等理论。我假设，城市空间的隔离以及通过排他性分区法对城市多样性和可达性的限制，造成了空间资本和不平等的超本地化集中。为了检验这一假设，我使用双重差异因果推断来量化美国分区法对城市不平等的空间和多维表现的因果影响。以明尼阿波利斯2040年分区改革作为自然案例研究，我比较了五个中西部城市在四个ACS时间段内的结果。我使用各种改进了传统衡量标准的隔离和不平等指标，量化了明尼阿波利斯的分区升级政策如何影响城市不平等。研究结果显示，总体而言，双边种族隔离和收入隔离有所减少，社会经济融合、住房多样性和住房负担能力有所提升。结果表明，通过分区改革放松土地使用管制并增加城市多样性，可以有效地使缓解空间资本集中和不平等现象合法化。这项研究有助于我们理解分区政策干预措施如何创造更公平的城市环境。尽管分析面临改革后时期较短等局限性，但跨多个维度的一致效应模式表明，明尼阿波利斯的改革在早期阶段产生了显著的影响，并具有显著的潜力来缓解美国城市的空间资本不平等和城市不平等现象。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：BEHA034 - PsychSPT AI驱动的心理健康评估系统

全球心理健康危机影响超过9.7亿人，带来了重大的社会和经济挑战，凸显了对有效心理健康评估解决方案的迫切需求。本研究采用设计科学方法，将心理健康评估分解为三个核心任务：表征学习、分类和推理。现有研究往往未能全面地解决这些任务，忽视了医疗信息系统至关重要的实用性、可扩展性和可访问性等关键标准。此外，缺乏孤独感检测数据集、标准化的推理评估框架和清晰的数据集设计标准，阻碍了统一这些任务的进展。为了弥补这些不足，我们提出了一种新颖的训练框架——PsychSPT。它集成了文档级预训练、策略层冻结、多任务和多损失学习以及精炼叙事推理训练，以推进这三个任务。PsychSPT 取得了最佳性能。此外，本文还介绍了一个基于所提标准开发的公开的孤独感检测数据集，以及一个推理评估框架。这些贡献为心理健康评估提供了切实可行的解决方案，并使其能够适应其他自然语言处理领域。此外，我们还基于 PsychSPT 开发了一个 Web 应用程序，为多种用例提供了一个易于访问的自动化工具，例如跟踪个人心理健康随时间的变化趋势以及评估群体心理健康状况。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM052 - 通过训练蜜蜂增强农作物授粉

本研究提出了通过使用合成花香模拟物训练蜜蜂来增强目标作物授粉的方法。研究人员使用四种由向日葵挥发性有机化合物组成的模拟物，通过喙延伸反应 (PER) 范式对蜜蜂进行单独训练。此外，研究人员还通过在蜂巢内饲喂含有模拟物模拟物的蔗糖溶液来调节蜜蜂，以增强其对天然向日葵香味的吸引力。最终 PER 率最高的向日葵模拟物（92%）由乙酸龙脑酯、香兰素和β-蒎烯组成，但与对照组（13%）相比，所有模拟物模拟物在训练后对天然向日葵香味的 PER 率均显著提高，峰值约为 90%。此外，研究人员首次观察到训练后八种触角运动行为的显著变化，具体表现在尖端位置、角度、对称性、运动频率、延伸度、尖端间距、花葶位置和花葶角度等方面。利用已识别的触角行为特征，训练了两个机器学习模型（随机森林和神经网络），并成功预测了已训练和未训练的蜜蜂，准确率约为 90%，进一步验证了使用向日葵模拟气味进行训练的效果。最终，在一片向日葵田（佛罗里达州南山农场）进行的测试证实，使用优化模拟气味进行训练的蜂巢采集的花粉颗粒数量显著增加（三天内增加了约 260%）。这些结果清晰地展示了合成模拟气味在增强作物授粉方面的应用，并展现出其在解决全球粮食短缺和改进农业实践方面的巨大潜力。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM022T - 提高线虫生物防治效率

本研究旨在提高生防菌斯氏线虫（Steinernema carpocapsae）的防治效果，通过加快其瞄准害虫的速度和提高其对物理因素的抵抗力（这些因素是线虫使用中的限制因素），使其优于化学农药。斯氏线虫是一种广泛使用且有效的生防菌，可替代化学农药，同时对环境友好。本研究通过使用含有 0.2% 魔芋的水胶体提高斯氏线虫对紫外线、湿度和温度的抵抗力来提高其防治效果，使死亡率分别提高了 2.3 倍、1.8 倍和 1.3 倍。将线虫与苏云金芽孢杆菌鲇泽变种 (Bacillus thuringiensis var. aizawai) 结合使用，可将其防治效果提高 1.7 倍。研究人员还观察到，使用害虫的不同部位可以刺激线虫向害虫移动。害虫粪便最为有效。因此，研究人员开展了一项研究，利用害虫粪便作为化学线索，训练线虫将其宿主觅食行为从伏击觅食者提升为巡游觅食者。实验结果表明，这种方法使它们接近害虫的速度提高了5.8倍。在对草地贪夜蛾、黄粉虫和黄粉虫进行实验时，经过训练的线虫与魔芋和苏云金芽孢杆菌相结合，死亡率达到了89%。四个地点的田间试验表明，害虫对叶片的损害分别减少了15倍、7.5倍、14.2倍和6.3倍。我们的研究发现，用魔芋、苏云金芽孢杆菌鲇泽变种和集成喷洒系统对斯氏线虫进行粪便训练后，提高了线虫的效率、恢复力和生态友好性。这项创新减少了农药的使用，降低了健康成本，并支持可持续发展。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM002——可捕获的二氧化碳来拯救我们的蜜蜂！

蜜蜂是不可或缺的传粉昆虫，每年为全球经济贡献80%的农作物授粉和1830亿美元的产值。然而，在美国，养蜂人每年损失40-50%的商业蜂箱。美国农业部表示，造成这种下降的最大原因是瓦螨。这些外寄生螨以蜜蜂的脂肪体为食，传播致命病毒，导致全球蜂群崩溃。目前用于控制瓦螨的杀虫剂，例如Apivar和Comaphous，虽然有效，但也存在蜂巢内污染、环境毒性、螨虫抗性、温度敏感性，甚至伤害蜜蜂的风险。去年，这项研究评估了30%二氧化碳作为一种无毒、廉价且有效的实验室瓦螨治疗替代方案。今年，研究人员进行了一项广泛的田间试验，在相同田间条件下，使用45个蜂箱（每个处理组15个）比较了二氧化碳、Apivar和Comaphous三种处理方法的有效性。采用糖摇试验监测蜂螨种群。每个蜂巢用糖摇晃3次，并在处理前、处理后3天、1周、2周、3周、4周、5周和6周记录瓦螨种群数量。开发了一个卷积神经网络，用于预测蜂农未来蜂巢内螨虫数量。数据通过方差分析、Kruskal-Wallis检验和事后检验进行统计分析。数据显示，二氧化碳可消除96.2%的瓦螨，其次是Apivar（95.7%）和Comaphous（87.3%）。总而言之，这些发现表明二氧化碳可以作为一种高效的瓦螨治疗方法。这种新颖的治疗方法具有商业应用潜力，并有望扭转全球蜜蜂数量的下降趋势。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM014 - 用于模拟血癌中 BCL-2 的海洋双壳贝类

据报道，抗凋亡B细胞白血病/淋巴瘤 (Bcl-2) 家族蛋白在约一半的人类癌症中过表达，这与肿瘤形成、化疗耐药性和不良预后相关。有效地模拟白血病中这种复杂的分子相互作用对于将其发展为治疗靶点至关重要，但现有模型的成本高昂且耗时长，限制了研究。播散性肿瘤 (DN) 是一种自然存在于双壳贝类血细胞中的可传播癌症，与人类白血病具有显著的分子相似性。\n\n为了确定人类和双壳贝类 Bcl-2 的功能相似性，M. mercenaria 分别暴露于浓度分别为 0.1 mg/kg、0.3 mg/kg 和 0.6 mg/kg 的广谱 Bcl-2 抑制剂 AT101。在剂量阈值以上的治疗组中，肿瘤细胞和正常细胞均受到了显著的细胞毒性，这表明 DN 的剂量反应与人类敏感性一致，细胞活力、肿瘤细胞分数和脂质积累的变化与 0.3 mg/kg 的人体研究反应相似。\n\n还研究了熊果酸（一种预测与 Bcl-2 蛋白具有高结合亲和力的物质）和生物增强剂胡椒碱的联合作用，作为一种新的化疗组合，结果显示肿瘤生长显著减缓（p<0.02），脂质滴产生减少（p<0.02），对正常细胞的细胞毒性最小。\n\n结果表明，熊果酸和胡椒碱可进一步作为选择性治疗组合进行探索，并强调双壳类动物作为有效体内癌症模型的能力，在高通量药物筛选、最大程度减少脊椎动物检测和降低新药候选筛选早期阶段每个样本成本 50 倍以上方面具有潜在应用。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM003 - 纬度塑造昼夜节律革命

昼夜节律是一个24小时的生物钟，它根据环境光信号调节生理和行为周期。先前关于果蝇昼夜节律的研究主要集中在北美果蝇品系，但人们对纬度对赤道和南半球果蝇种群昼夜节律特征的影响知之甚少。因此，本研究重点探讨不同纬度的果蝇品系是否表现出不同的昼夜节律特征。我比较了赤道和中高纬度果蝇品系在持续黑暗（DD）条件下的节律稳定性、周期长度和活动水平。结果表明，赤道果蝇品系在持续黑暗（DD）条件下保持稳定的昼夜节律，类似于它们在12:12光暗循环（LD 12:12）下的行为。相比之下，两个半球的中高纬度果蝇品系表现出紊乱的节律，与正常光照条件下的稳定模式不同。此外，还观察到不同品系在运动活动和节律强度方面存在差异。基因分析发现，关键昼夜节律基因per和tim的调控区域存在多个单核苷酸多态性（SNP），提示生物钟功能纬度依赖性变异可能存在遗传基础。这些发现为理解环境选择压力如何驱动生物钟的进化提供了新的见解，并提出了昼夜节律分化可能在生殖隔离和物种形成的早期阶段发挥作用的可能性。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM050T - BeeShield：创新型瓦螨防护

瓦螨是最危险的蜜蜂寄生虫，危害着全球养蜂业，导致产量下降超过40%，估计每年的经济损失高达数十亿美元。目前，尚无有效的防治方法。因此，化学处理仍然是主要的解决方案。这些传统方法通常涉及用有害化学物质熏蒸或喷洒蜂巢，产生的有毒残留物会对蜂群中的所有蜜蜂造成不利影响。我们的项目旨在利用蜂巢入口处的蜜蜂行为，开发一种创新的瓦螨防护隧道。观察显示，受螨虫感染的蜜蜂与健康蜜蜂相比，表现出不同的飞行模式、行走步态和卫生行为。这些模式被用于开发一种深度学习算法，作为区分健康和受感染蜜蜂的模型。为了找到一种合适的有机物质用于蜂巢入口处的除螨，我们发现75%的甲酸可以有效去除螨虫，而不会改变蜜蜂的梳理行为或导致死亡。随后，我们开发了“BeeShield”，这是一种自动化瓦螨防护隧道，旨在监测和治疗受螨虫侵染的蜜蜂，并优化甲酸施用。这种新颖的系统能够100%地防止螨虫侵染，有效防止蜂巢入侵。因此，蜜蜂的健康状况显著改善，死亡率降低了四倍。这反过来又使蜂蜜产量与对照组相比增加了三倍。至关重要的是，由于采用的是外部处理，蜂蜜的质量并未受到影响。这项创新为养蜂业面临的挑战提供了解决方案，并通过增强粮食安全促进了可持续农业的发展。

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Regeneron ISEF 2025 大奖：ANIM010 - 生成红火蚁特异性 RNAi 杀虫剂

火蚁每年造成数十亿美元的经济损失，而常见的防治方法会杀死特定区域内的所有昆虫，即使是有益的昆虫也难逃一死。由于我所在的社区深受火蚁之害，因此我想设计一种能够解决这一问题的杀虫剂。我假设存在一些序列，可以靶向它们来生成一种RNAi杀虫剂，这种杀虫剂可以专门杀死火蚁，而不会杀死任何其他生物。我首先进行了文献综述，确定了大约20个在成年蚂蚁中被RNAi敲除后可能致命的基因，然后确定了这些基因中与其他物种相似性较低的区域。总共在四个不同的基因中确定了候选序列，并设计了针对这些基因的RNAi分子。我收集了火蚁和木蚁，用不同的RNAi分子处理，并记录了它们在接下来的七天内的存活率。我发现，针对这些必需基因的RNAi分子各自都能降低火蚁的存活率，但只有一种（针对RPPO基因的RNAi）对密切相关的木蚁的存活率没有影响。总而言之，我的研究结果支持了我的假设：存在一些序列可以被靶向，从而生成一种RNAi杀虫剂，这种杀虫剂可以专门杀死火蚁，而不会杀死其他生物。入侵物种是我们环境中的一个巨大问题，本项目创建的控制技术可能代表了一种可行的方法，可以在不伤害重要本地物种的情况下消灭入侵昆虫。

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