ISEF國際科學工程大賽現代生物學、行為學賽道獲獎作品分析

實驗學科可以更好展現學生的學科知識儲(chu) 備和學術研究能力，現代生物學、行為(wei) 學也逐漸成為(wei) ISEF的熱門參賽學科，而參加過ISEF的申請者更是被TOP美本招生官青睞有加。

然而實驗學科會(hui) 受到現實因素的限製，比如時間、地域、疫情等，現在想要進入實驗室做科研比較困難。做不了實驗，不就與(yu) 實驗學科失之交臂了嗎？

其實不然！現代生物學、行為(wei) 學就是破解這一難題的最佳手段！

01、ISEF賽事解析 

1、什麽(me) 是ISEF？

國際科學工程大賽（Internationa Science and Egineering Fair，ISEF）由美國Society for Science在1950年首次舉(ju) 辦，被譽為(wei) 青少年科創“世界杯”，從(cong) 首屆創辦以來，ISEF為(wei) 全球知名大學、名企輸送了大量頂尖科技人才。

ISEF在全球範圍內(nei) 知名度高、影響力廣，今年剛結束的ISEF大賽吸引了來自美國49個(ge) 州以及全球63個(ge) 國家以及地區，共計1750位參賽者參加。

2、ISEF的項目組成

一個(ge) 好的ISEF研究課題離不開完整嚴(yan) 謹的研究步驟。我將ISEF課題的組成分為(wei) 了一下四步：

• 發現並提出問題：利用前人的成果，用公開數據進行比較分析
• 分析並解決問題：利用大數據分析、理論模型構造、實驗討論驗證等手段進行分析
• 得到結論：模擬仿真編程，總結提煉關鍵性要點
• 結果展示：利用高階可視化手段將研究成果展示給評委

ISEF共設置了21條賽道，學科範圍廣泛，幾乎包含所有高中生可以接觸到的領域；在學科特點上，ISEF也涵蓋了理論研究和實驗研究。在這其中，實驗學科根據學科誕生時間以及分析手段，可以分為(wei) 有傳(chuan) 統實驗科學和現代生物學。

在結束了對傳(chuan) 統實驗學科的分析之後，本周我們(men) 將視角轉向現代生物學、行為(wei) 學，從(cong) 具體(ti) 案例中總結歸納其獲獎趨勢，總結備賽方法。

02、ISEF曆年獲獎作品分析

1、計算生物學與(yu) 生物信息學

機構H老師

為(wei) 了讓大家更加直觀地感受計算生物學與(yu) 生物信息學賽道的評委偏好，我將用該賽道的兩(liang) 個(ge) 項目為(wei) 大家進行對比分析。

課題：大腦中惡性腫瘤相關(guan) 的預後不良現象研究

課題構想：該項目利用RNA測序技術產(chan) 生數據，使用基礎的機器學習(xi) 方法分析多形性膠質母細胞瘤中蛋白表達樣本的基因關(guan) 係，從(cong) 而發現了3種基因最有可能是GBM的主要調節因子，也是最有希望的藥物靶點。

 機構評析

項目缺陷：項目使用的機器學習(xi) 算法較為(wei) 基礎。且缺少最後的驗證環節，僅(jin) 停留在得出結論這一步驟，研究完整性有欠缺。

課題方向：藥物不良反應的相關(guan) 研究

課題構想：該項目開發了一個(ge) 由隨機森林分類器和支持向量機組成的分層模型，使用藥物的化學指紋來預測靶點、酶和轉運蛋白譜，最後將其用於(yu) 預測ADR，最終稿提出一種可以預測ADR並闡述其病理機製的新模型。

 機構評析

項目優(you) 勢：該項目采用隨機森林和支持向量等高級的算法進行數據處理，得出的結論更加可靠。且在項目展示中體(ti) 現了自己項目的準確率（91%），進一步體(ti) 現研究的嚴(yan) 謹。

2、生物醫學與(yu) 健康科學

課題方向：前列腺癌相關(guan) 的免疫療法

課題構想：該項目表征了前列腺癌種免疫浸潤的細胞組成，研究了腫瘤免疫景觀是否時患者預後的預測因素。基於(yu) 來自癌症基因組圖譜計劃的大量mRNA測序數據，使用QuanTIseq和FPIC軟件進行分析，確定了六種免疫亞(ya) 型，以及腫瘤的免疫浸潤成分差異，指明了免疫浸潤可能是前列腺癌的預後指標，確定了一個(ge) 了解前列腺癌的腫瘤免疫微環境的概念框架。

 機構評析

項目優(you) 勢：利用了癌症基因組圖譜中的數據，數據龐大且有價(jia) 值。采用了兩(liang) 種不同的數據分析軟件進行分析，並且得出了多項研究成果，充分體(ti) 現了項目的研究深度和工作量之大。

課題方向：乳腺癌的新型靶向治療方法

課題構想：該項目利用癌症大數據比較分析了幾個(ge) 不同類型癌症的基因轉錄組特征。發現了該類型的分子特征更接近於(yu) 三陰性乳腺癌，有較高的炎症相關(guan) 基因的表達。再利用實驗室生物技術敲除ER基因，進一步驗證了ER-/PR+乳腺癌細胞的表達譜特征。最後通過實驗研究了這類癌細胞對抗炎症藥物的敏感性。

 機構評析

項目優(you) 勢：該項目時間跨度長，研究內(nei) 容十分豐(feng) 富研究思路清晰，體(ti) 現了學生的投入度和專(zhuan) 注度，研究技術先進，且研究成果很有實際應用價(jia) 值。

機構H老師

從(cong) 以上幾個(ge) 案例中不難看出，線下實驗並不是現代生物學所必須的步驟，學生完全可以通過在線上利用計算機技術完成整個(ge) 項目，如有必要可以通過線下實驗進一步驗證自己的研究結果。這就是現代生物學的一個(ge) 特有優(you) 勢。

3、生物醫學工程

課題方向：便攜式檢測口腔癌的設備

課題構想：該項目設計了一種無需專(zhuan) 業(ye) 幹預即可掃描整個(ge) 口腔尋找潛在癌變的設備。在硬件部分，學生利用熒光激發正常粘膜使癌組織顏色變深。軟件部分學生利用影像分析技術，將處理後的圖像發送到自己訓練的機器學習(xi) 模型中，以檢測潛在的惡性病變和鱗狀細胞癌形式的癌組織。

 機構評析

項目優(you) 勢：該項目從(cong) 學生所在地的實際問題出發，有強烈的地方特色。項目的成果具有高度的應用價(jia) 值。

4、社會(hui) 行為(wei) 學

課題方向：人參、銀杏、長葉參和長春西汀的對小鼠記憶、學習(xi) 能力的不同功效

課題構想：該項目通過實際實驗，讓小鼠讓小鼠連續口服藥物 21 天，然後在莫裏斯水迷宮上進行空間學習(xi) 和記憶評估，並進一步基於(yu) 這些發現根據與(yu) 年齡相關(guan) 的記憶變化和記憶障礙過程進行了討論。

 機構評析

項目優(you) 勢：該實驗屬於(yu) 證否研究，應用了多組的小鼠數據，研究過程完整且嚴(yan) 謹，研究思路清晰。

5、社會(hui) 以及行為(wei) 科學

課題方向：COVID-19 期間的新型數字自閉及其症診斷

課題構想：該項目設計了一種通過使用計算機視覺運動跟蹤技術來評估自閉症兒(er) 童在 ADOS 期間與(yu) 父母和考官的平均距離，並使用發聲記錄器來分析兒(er) 童的語言能力。這項研究為(wei) 通過可集成到智能手機應用程序中的數字表型自動診斷自閉症提供了基礎。

 機構評析

項目優(you) 勢：該研究發現了研究領域目前存在的問題，研究所設計的簡單便攜的方法可以在自然環境中提供實時數據，並徹底改變自閉症診斷，解決(jue) 了該領域原本存在的缺陷。 

03、ISEF獲獎規律總結

機構通過整理超過9000份ISEF Finalist摘要，與(yu) 超過50位ISEF、丘獎評委導師進行學術探討，總結了ISEF獲獎作品的一些規律：

1. 對當前科學或者項目中的問題能夠清晰地、完整地闡述；
2. 青年科學家們選擇了合適的研究方案對於項目進行深入的研究；
3. 項目創新點往往是將前沿方法應用於所研究的問題或者對於已機構法進行改進；
4. 結論部分會介紹項目的應用價值。

04、ISEF問題解答

我們(men) 搜集了大家對於(yu) ISEF、對現代生物學科存在的一些疑問，由老師現場給出了解答?

家長A：幾年級開始準備參加ISEF的項目比較合適？一個(ge) 課題需要準備多久？

機構H老師

建議從(cong) 九年級開始，此時學生已經基本具備了生物學的基礎知識，也有足夠的時間去深入挖掘和完善項目。

家長B：學生對於(yu) 計算機和生物學都很感興(xing) 趣，如何將兩(liang) 者有機結合呢？

機構H老師

我們(men) 以計算生物學與(yu) 生物信息學為(wei) 例，學生可以應用計算機技術來解決(jue) 生物領域存在的問題。對於(yu) 學生最終在計算機賽道還是在生物賽道參賽的問題，可以考慮學生的計算機和生物研究水平以及學生未來的申請方向進行綜合考慮。

家長C：生物專(zhuan) 業(ye) 未來的發展前景如何？

機構H老師

從(cong) 我的主觀角度來講，我相信“21世紀是生物的世紀”，生物科研的地位和重要性在現今社會(hui) 中是在不斷提高的，也逐漸滲透到了物理仿生、化學製藥等其他領域。所以我相信生物專(zhuan) 業(ye) 的發展前景是非常樂(le) 觀的。

感謝H老師的精彩分享！基於(yu) 學生的興(xing) 趣，引導他們(men) 走上學術研究之路，開啟人生的另一種可能，這是機構一直以來的初心。ISEF 2023賽季已經開啟，想參賽的小夥(huo) 伴要抓緊時間開始備賽啦！

作為(wei) 專(zhuan) 注青少年科創賽事，機構在近三年內(nei) 培養(yang) 了20+ISEF決(jue) 賽晉級學員，今年更是再次刷新曆史記錄，在預選賽、決(jue) 賽階段包攬62枚獎項，總決(jue) 賽獎項8枚，不僅(jin) 如此，我們(men) 還曆史性的摘下了小行星命名權大獎！