Học sinh Đài Loan giành huy chương vàng khoa học với nghiên cứu về gián mất đầu và hành vi chi giả

Thí nghiệm trong phòng tắm mang về học bổng 400.000 Đài tệ

Xu Yi-chen nuôi hơn 100 con gián ở nhà và thực hiện phần lớn nghiên cứu trong phòng tắm của gia đình. Câu hỏi của cô khá khác thường: liệu một con côn trùng có tiếp tục cố gắng làm sạch một bộ phận cơ thể sau khi bộ phận đó bị cắt bỏ hay không?

Nữ sinh Trường Trung học Nữ sinh Zhongshan thành phố Đài Bắc phát hiện những con gián không đầu hoặc không có râu vẫn thực hiện các động tác chải chuốt phối hợp hướng về vị trí trước đây của những bộ phận đó. Những quan sát này giúp cô giành một trong hai huy chương vàng tại Giải thưởng Khoa học Macronix lần thứ 25, được trao ngày 7 tháng 11 năm 2026, cùng học bổng 400.000 Đài tệ.

Huy chương vàng còn lại thuộc về Xu Weicheng và Tu Chenghong, học sinh Trường Trung học Chiayi, với nghiên cứu về cách tôm ngâm nước muối đang bơi làm thay đổi hình dạng mặt nước. Dự án bắt đầu từ việc dùng tôm làm thức ăn sống cho cá bảy màu, rồi phát triển thành nghiên cứu có thể hỗ trợ giám sát điều kiện nuôi trồng thủy sản.

Hai đề tài đoạt giải được chọn từ hơn 800 đội đến từ 168 trường. Cả hai cho thấy việc quan sát kỹ những loài vật quen thuộc có thể khơi mở câu hỏi về hai hệ thống rất khác nhau: các dây thần kinh phối hợp chuyển động và những lực định hình dòng nước chuyển động.

Những gì gián vẫn tiếp tục làm

Xu nghiên cứu gián Mỹ, dùng video ghi hình và phân tích định lượng các chuyển động để xây dựng mô hình vận động. Việc ghi hình giúp cô xem xét hành vi của chúng thay đổi ra sao, thay vì chỉ dựa vào những gì có thể nhận ra khi quan sát trực tiếp.

Gián thường xuyên tự chải chuốt để giữ cơ thể sạch sẽ. Xu quan sát thấy sau khi bị cắt bỏ đầu hoặc râu, chúng vẫn có thể hướng động tác chải chuốt về phía những bộ phận đã mất. Gián mất đầu cũng cong lưng và đưa hai chân sau về phía trước, hướng đến vị trí trước đây của đầu.

Những hành động này khiến cô chú ý vì chúng đòi hỏi sự phối hợp. Nhiều bộ phận cơ thể chuyển động theo một kiểu thường gắn với việc làm sạch một vị trí cụ thể. Xu cho rằng hành vi này dựa trên trải nghiệm cảm giác trước đó, trong đó hệ thần kinh lưu giữ thông tin về vị trí của bộ phận cơ thể.

Dự án của cô, mang tên "Do Headless Cockroaches Still Have Phantom Limbs? Exploring Properties of the Neural Matrix Theory Through Cockroach Grooming Behavior," sử dụng hành vi này để tìm hiểu cách hệ thần kinh của động vật lưu trữ và thực hiện các kiểu chuyển động.

Vì sao chuyển động vẫn tiếp diễn khi không còn đầu

Lời giải thích của Xu tập trung vào các cấu trúc gọi là hạch ngực. Hạch là một cụm tế bào thần kinh; các hạch ngực nằm trong phần ngực của côn trùng, vùng giữa cơ thể nơi chân bám vào.

Hệ thần kinh của côn trùng phân bổ một số chức năng điều khiển cho các cụm tế bào này. Vì vậy, các hạch não ở đầu hoạt động cùng với những trung tâm thần kinh ở các vị trí khác trong cơ thể. Từ những quan sát của mình, Xu suy luận rằng một phần bộ máy điều khiển hành vi chải chuốt nằm trong các hạch ngực.

Cô mô tả bộ máy này là bộ tạo mẫu trung tâm. Nói đơn giản, đây là một mạng lưới tế bào thần kinh có thể tổ chức một chuỗi chuyển động lặp đi lặp lại. Thay vì cần chỉ thị mới cho từng chuyển động riêng lẻ của chân, mạng lưới này có thể giúp tạo ra một kiểu vận động phối hợp.

Việc những con gián mất đầu cong lưng và đưa chân về phía trước khiến Xu đề xuất rằng một số kiểu chải chuốt có thể khởi phát mà không cần các hạch não. Kết luận của cô đề cập đến cách quyền điều khiển những chuyển động này được phân bổ trong hệ thần kinh của gián.

Vì sao nghiên cứu nhắc đến chi giả

Ở người, trải nghiệm chi giả là những cảm giác gắn với một chi không còn hiện diện. Xu đưa ra phép so sánh này để mô tả một hành động có thể quan sát được: con gián chải chuốt tại vị trí trước đây có một bộ phận cơ thể.

Cách diễn giải của cô cũng liên quan đến cảm giác bản thể, tức khả năng giúp động vật nhận biết vị trí các bộ phận cơ thể. Con người sử dụng cảm giác này khi cử động cánh tay mà không nhìn vào nó. Ở gián, thông tin về vị trí của chân và cơ thể giúp phối hợp hành vi chải chuốt.

Xu suy luận rằng các hạch ngực lưu giữ những mối quan hệ không gian gắn với cảm giác này. Nói dễ hiểu, mạng lưới thần kinh dường như giữ một bản đồ hoạt động của cơ thể, bao gồm cả những vị trí mà các động tác chải chuốt vẫn có thể hướng tới.

Cô liên hệ cách diễn giải này với thuyết ma trận thần kinh, mô tả cách các mạng lưới tế bào thần kinh góp phần tạo nên hình ảnh biểu diễn nội tại về cơ thể. Bản tường thuật hiện có mô tả việc ghi hình và phân tích định lượng, nhưng không cung cấp đầy đủ phương pháp thực nghiệm, tổng số mẫu, số côn trùng trong mỗi nhóm thí nghiệm, nhóm đối chứng hay kết quả thống kê.

Nữ sinh đứng sau thí nghiệm khác thường

Xu thực hiện phần lớn thí nghiệm trong phòng tắm ở nhà. Việc nuôi và quan sát nhiều gián như vậy dần trở thành một phần cuộc sống hằng ngày. Cô cho biết quãng thời gian nghiên cứu là một kỷ niệm đáng nhớ và hy vọng sẽ theo đuổi thêm các nghiên cứu cơ bản.

Xu, nữ sinh Trường Trung học Nữ sinh Zhongshan giành huy chương vàng, bày tỏ tình cảm với những con vật mình nghiên cứu bằng một câu ngắn, dịch từ tiếng Trung:

Rất đáng yêu.

Cô ít hào hứng hơn với mùi của chúng. Những chia sẻ này đem lại góc nhìn cá nhân cho công trình dựa trên việc quan sát tỉ mỉ những loài vật mà nhiều người muốn tránh xa.

Nhiệm vụ khoa học là biến những quan sát đó thành điều có thể xem xét một cách hệ thống. Việc ghi hình và đo lường chuyển động đã kết nối phát hiện một hành động bất ngờ với giả thuyết giải thích các mạch thần kinh đứng sau hành động ấy.

Tôm ngâm nước muối cho thấy những thay đổi trên mặt nước

Với hai học sinh Chiayi Xu Weicheng và Tu Chenghong, điểm khởi đầu là việc cho cá bảy màu non ăn. Những con tôm ngâm nước muối dùng làm thức ăn sống tụ lại bên dưới nguồn sáng sau khi được thả vào bể cá, khiến hai học sinh tìm hiểu chuyển động hướng về phía ánh sáng của chúng.

Phản ứng này được gọi là hướng sáng, nghĩa là chuyển động hướng về phía hoặc tránh xa ánh sáng. Nhóm nghiên cứu xem xét cách các đàn tôm bơi về phía nguồn sáng làm nước xung quanh chuyển động và thay đổi bề mặt.

Dùng kính hiển vi, hai học sinh quan sát dòng chảy của nước và sự biến dạng của mặt khum. Mặt khum là bề mặt cong của chất lỏng, dễ thấy qua chỗ mặt nước hơi dâng lên hoặc lõm xuống nơi tiếp xúc với thành bình.

Hai học sinh phát hiện mối liên hệ giữa hoạt động của động vật và hình dạng bề mặt nước. Họ cũng cho biết ánh sáng mạnh hơn và số lượng tôm nhiều hơn đi kèm với áp lực hướng xuống mặt nước thấp hơn.

Tu cho biết nhiệt độ thấp hơn làm giảm hoạt động của tôm, qua đó khiến mặt khum thay đổi. Dự án kết nối ba yếu tố có thể được quan sát cùng lúc: điều kiện môi trường, chuyển động của động vật và hình dạng mặt nước phía trên chúng.

Nghiên cứu về tôm có thể giúp người nuôi cá không?

Nhóm Chiayi hy vọng phát hiện của mình có thể hỗ trợ giám sát hoạt động nuôi trồng thủy sản. Phương pháp được đề xuất sẽ dùng những thay đổi trên mặt nước làm dấu hiệu cho thấy cần chú ý đến môi trường sống của động vật.

Đối với người nuôi, giá trị thực tiễn là cảnh báo sớm hơn về các điều kiện nuôi không thuận lợi. Dự án hướng tới việc theo dõi những thay đổi về chất lượng nước hoặc mức oxy hòa tan bất thường, tức lượng oxy trong nước mà động vật thủy sinh sử dụng để hô hấp.

Thí nghiệm về nhiệt độ đưa ra một ví dụ cụ thể cho chuỗi sự việc được đề xuất: điều kiện mát hơn làm giảm hoạt động của tôm, việc bơi lội thay đổi khiến dòng nước chuyển động khác đi, và bề mặt nước có hình dạng khác. Một hệ thống giám sát dựa trên mối liên hệ này sẽ giúp nhận ra dễ hơn một phản ứng sinh học nhỏ.

Vì vậy, cả hai dự án đoạt huy chương vàng đều xem chuyển động là nguồn thông tin. Xu nghiên cứu chuyển động của chân để tìm hiểu cơ chế điều khiển thần kinh, còn hai học sinh Chiayi nghiên cứu hoạt động bơi và chuyển động của nước để tìm hiểu môi trường sống của động vật. Mỗi đề tài đoạt giải nhận học bổng 400.000 Đài tệ, đưa tổng giá trị hai giải vàng lên 800.000 Đài tệ.

Học sinh khác nghiên cứu gió tàu điện và thu gom sương mù

Li Meng-che, học sinh Trường Trung học trực thuộc Đại học Sư phạm Quốc gia Đài Loan, lấy cảm hứng từ luồng gió cảm nhận được khi đi tàu điện ngầm. Dự án của em nghiên cứu hiệu ứng pít-tông trong đường hầm, hiện tượng tàu đang chạy đẩy không khí qua đường hầm khép kín.

Làm việc với giáo viên Li Po-han, em xin phép cơ quan quản lý tàu điện ngầm Đài Bắc rồi đo luồng khí và tốc độ gió. Em đề xuất dùng tua-bin gió trục đứng để thu một phần năng lượng đó. Ước tính sơ bộ cho thấy lượng điện tiềm năng tại một nhà ga đủ sạc đầy 300 pin sạc dự phòng mỗi ngày; dự án nhận giải xuất sắc.

Một đội của Trường Trung học Hualien giành huy chương bạc với ý tưởng kết hợp các mấu trên lưng một loài côn trùng thu sương mù với những rãnh trên cây dương xỉ. Các học sinh sử dụng công nghệ in 3D để chế tạo một tấm thu gom được thiết kế nhằm giữ lại các giọt sương mù.

Nhóm cho biết các thí nghiệm thu được nhiều nước hơn so với lưới thu sương mù thương mại. Tương tự dự án về gió tàu điện, công trình này bắt đầu từ một hiện tượng vật lý mà học sinh có thể quan sát, rồi tìm hiểu cách ứng dụng thực tiễn.

Giáo viên và trường học cùng được ghi nhận

Bốn trường nhận giải thưởng cấp trường: Trường Trung học Hualien, Trường Trung học trực thuộc Đại học Sư phạm Quốc gia Đài Loan, Trường Trung học Lishan và Trường Trung học Chiayi. Cúp được nghệ sĩ Hu Tung-min thiết kế.

Giải cống hiến đặc biệt dành cho giáo viên được trao cho Wu Shu-hsu, Yang Chen-tse và Li Po-han. Li đã hướng dẫn 122 đội học sinh tham gia cuộc thi và lần thứ hai nhận được sự ghi nhận này, cho thấy nỗ lực giảng dạy bền bỉ phía sau từng dự án của học sinh.

Thứ trưởng Giáo dục Liu Guowei cho biết số người tham gia năm nay không chỉ đến từ các trường trung học phổ thông phổ thông mà còn có trường trung học kỹ thuật và trường Đài Loan ở nước ngoài. Ông mô tả cuộc thi là nơi học sinh thể hiện năng lực nghiên cứu và các trường đại học tìm kiếm nhân tài.

Liu cũng liên hệ giáo dục khoa học với nỗ lực giữ chân người trẻ tài năng của Đài Loan. Ông kêu gọi chính phủ, đại học và doanh nghiệp hợp tác để cải thiện cơ hội từ học tập, nghiên cứu đến việc làm và khởi nghiệp.

Bộ trưởng Hội đồng Khoa học và Công nghệ Quốc gia Wu Cheng-wen gửi thông điệp ghi hình, khuyến khích thực nghiệm thực tiễn và sáng tạo. Chủ tịch Quỹ Giáo dục Macronix Wu Minqiu cho biết quỹ sẽ tiếp tục hỗ trợ nhân tài khoa học và bày tỏ hy vọng công nghệ bán dẫn có thể góp phần tạo ra các sản phẩm y tế bảo vệ, hỗ trợ con người.

Những điểm chính

• Xu Yi-chen giành huy chương vàng tại Giải thưởng Khoa học Macronix lần thứ 25 với nghiên cứu về hành vi chải chuốt của gián sau khi bị cắt bỏ đầu hoặc râu.
• Những quan sát của cô khiến cô đề xuất rằng các mạng lưới thần kinh ở ngực lưu giữ thông tin không gian và giúp phối hợp hành vi chải chuốt mà không cần các hạch não.
• Hai học sinh Chiayi Xu Weicheng và Tu Chenghong cùng giành huy chương vàng còn lại với nghiên cứu liên hệ hoạt động bơi của tôm ngâm nước muối với những thay đổi trên mặt nước.
• Mỗi đề tài đoạt giải nhận 400.000 Đài tệ tại lễ trao giải ngày 7 tháng 11 năm 2026.
• Hơn 800 đội từ 168 trường tham gia. Các dự án khác được ghi nhận nghiên cứu phát điện từ luồng khí tàu điện ngầm và thu gom nước từ sương mù.