الگوهای جهانی توصیف مورفولوژی جمجمه مدرن انسان از طریق تجزیه و تحلیل یک مدل همولوژی سطح سه بعدی.

با تشکر از شما برای بازدید از Nature.com. نسخه مرورگر مورد استفاده شما از CSS محدود است. برای بهترین نتیجه ، توصیه می کنیم از نسخه جدیدتر مرورگر خود (یا خاموش کردن حالت سازگاری در اینترنت اکسپلورر) استفاده کنید. در ضمن ، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم ، ما سایت را بدون یک ظاهر طراحی شده یا جاوا اسکریپت نشان می دهیم.
این مطالعه تنوع منطقه ای در مورفولوژی جمجمه ای انسان را با استفاده از یک مدل همسانی هندسی بر اساس داده های اسکن از 148 گروه قومی در سراسر جهان ارزیابی کرد. این روش از فناوری اتصالات الگوی برای تولید مش همولوگ با انجام تحولات غیر سفت و سخت با استفاده از یک الگوریتم نقطه ای تکراری استفاده می کند. با استفاده از تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی در 342 مدل همولوگ انتخاب شده ، بزرگترین تغییر در اندازه کلی یافت شد و برای جمجمه کوچک از جنوب آسیا به وضوح تأیید شد. دومین تفاوت بزرگ ، نسبت طول به عرض نورورکرانیوم است که نشان دهنده تضاد بین جمجمه های دراز آفریقایی ها و جمجمه های محدب شمال شرقی آسیایی ها است. شایان ذکر است که این ماده ارتباط چندانی با کانتورینگ صورت ندارد. از ویژگی های مشهور صورت مانند گونه های بیرون زده در شمال شرقی آسیایی ها و استخوان های فکری فشرده در اروپایی ها مجدداً تأیید شد. این تغییرات صورت از نزدیک با کانتور جمجمه ، به ویژه میزان تمایل استخوان های فرونتال و اکسیپیتال ارتباط نزدیکی دارد. الگوهای آلومتری در نسبت صورت نسبت به اندازه کلی جمجمه یافت شد. در جمجمه های بزرگتر ، چهره های صورت طولانی تر و باریک تر هستند ، همانطور که در بسیاری از بومیان آمریکایی و آسیایی های شمال شرقی نشان داده شده است. اگرچه مطالعه ما شامل داده هایی در مورد متغیرهای محیطی نیست که ممکن است بر مورفولوژی جمجمه ای مانند آب و هوا یا شرایط رژیم غذایی تأثیر بگذارد ، یک مجموعه داده بزرگ از الگوهای جمجمه همولوگ در جستجوی توضیحات مختلف برای خصوصیات فنوتیپی اسکلتی مفید خواهد بود.
تفاوت های جغرافیایی در شکل جمجمه انسان برای مدت طولانی مورد مطالعه قرار گرفته است. بسیاری از محققان تنوع سازگاری با محیط زیست و/یا انتخاب طبیعی را ارزیابی کرده اند ، به ویژه فاکتورهای اقلیمی 1،2،3،4،5،6،7 یا عملکرد ماستیکی بسته به شرایط تغذیه ای 5،8،9،10 ، 11،12. 13. علاوه بر این ، برخی از مطالعات بر روی اثرات تنگنا ، رانش ژنتیکی ، جریان ژن یا فرآیندهای تکاملی تصادفی ناشی از جهش ژن خنثی 14،15،16،17،19،19،21،21،22،23 متمرکز شده اند. به عنوان مثال ، شکل کروی یک طاق جمجمه گسترده تر و کوتاه تر به عنوان سازگاری با فشار انتخابی طبق قانون آلن 24 توضیح داده شده است ، که فرض می کند که پستانداران با کاهش سطح بدن نسبت به حجم 2،4،16،17،25 از دست دادن گرما به حداقل می رسند بشر علاوه بر این ، برخی از مطالعات با استفاده از Rule26 Bergmann ، رابطه بین اندازه جمجمه و دما 3،5،16،25،27 را توضیح داده اند ، نشان می دهد که اندازه کلی در مناطق سردتر برای جلوگیری از از دست دادن گرما بیشتر است. تأثیر مکانیکی استرس ذرات بر روی الگوی رشد طاق های جمجمه و استخوان های صورت در رابطه با شرایط رژیم غذایی ناشی از فرهنگ آشپزی یا اختلاف معیشت بین کشاورزان و شکارچیان 8،9،11،12،28 مورد بحث قرار گرفته است. توضیح کلی این است که کاهش فشار جویدن ، سختی استخوان ها و عضلات صورت را کاهش می دهد. چندین مطالعه جهانی تنوع شکل جمجمه را در درجه اول با عواقب فنوتیپی فاصله ژنتیکی خنثی به جای سازگاری با محیط زیست 21،29،30،31،32 مرتبط کرده است. توضیح دیگر در مورد تغییر شکل جمجمه بر اساس مفهوم رشد ایزومتریک یا آلومتری 6،33،34،35 است. به عنوان مثال ، مغزهای بزرگتر تمایل دارند لوب های فرونتال نسبتاً گسترده تری در منطقه به اصطلاح "کلاه بروکا" داشته باشند و عرض لوب های فرونتال افزایش می یابد ، یک فرایند تکاملی که بر اساس رشد آلومتری در نظر گرفته می شود. علاوه بر این ، یک مطالعه با بررسی تغییرات طولانی مدت در شکل جمجمه ، تمایل آلومتری به سمت براکیسفالی (تمایل جمجمه به کروی تر) با افزایش ارتفاع 33 نشان داد.
سابقه طولانی تحقیق در مورد مورفولوژی جمجمه شامل تلاش برای شناسایی عوامل اساسی مسئول جنبه های مختلف تنوع اشکال جمجمه است. روشهای سنتی مورد استفاده در بسیاری از مطالعات اولیه مبتنی بر داده های اندازه گیری خطی دو متغیره بود که اغلب با استفاده از مارتین یا هاول تعاریف 36،37. در همین زمان ، بسیاری از مطالعات فوق از روشهای پیشرفته تری بر اساس مورفومتری هندسی سه بعدی (GM) فناوری 5،7،10،11،12،13،17،27،27،34،35،38 استفاده کردند. 39. به عنوان مثال ، روش Semilandmark کشویی ، بر اساس به حداقل رساندن انرژی خمشی ، متداول ترین روش در زیست شناسی تراریخته است. این کشور با کشویی در امتداد یک منحنی یا سطح 38،40،42،43،44،45،46 ، نیمه زمین های الگوی را بر روی هر نمونه پروژه می کند. از جمله چنین روشهای فوق العاده ای ، بیشتر مطالعات سه بعدی GM از تجزیه و تحلیل Procrustes عمومی ، الگوریتم نزدیکترین نقطه (ICP) 47 استفاده می کنند تا مقایسه مستقیم شکل ها و ضبط تغییرات امکان پذیر باشد. از طرف دیگر ، روش 48،49 صفحه نازک (TPS) 48،49 نیز به عنوان یک روش تحول غیر سفت و سخت برای نقشه برداری از ترازهای Semilandmark به شکل های مبتنی بر مش استفاده می شود.
با توسعه اسکنرهای عملی سه بعدی بدن از اواخر قرن بیستم ، بسیاری از مطالعات از اسکنرهای کل بدن سه بعدی برای اندازه گیری اندازه 50،51 استفاده کرده اند. از داده های اسکن برای استخراج ابعاد بدن استفاده شد ، که به توصیف شکل های سطح به عنوان سطوح و نه ابرهای نقطه نیاز دارد. اتصالات الگوی تکنیکی است که برای این منظور در زمینه گرافیک رایانه ایجاد شده است ، جایی که شکل یک سطح توسط یک مدل مش چند ضلعی شرح داده شده است. اولین قدم در اتصالات الگوی تهیه یک مدل مش برای استفاده به عنوان الگوی است. برخی از رئوس هایی که این الگوی را تشکیل می دهند نشانه ها هستند. سپس الگوی تغییر شکل داده و با سطح مطابقت دارد تا ضمن حفظ ویژگی های شکل محلی الگو ، فاصله بین الگوی و ابر نقطه را به حداقل برساند. نشانه های موجود در این الگو با نقاط دیدنی در ابر نقطه مطابقت دارد. با استفاده از اتصالات الگو ، تمام داده های اسکن را می توان به عنوان یک مدل مش با همان تعداد داده ها و توپولوژی یکسان توصیف کرد. اگرچه همسانی دقیق فقط در موقعیت های برجسته وجود دارد ، می توان فرض کرد که بین مدلهای تولید شده همسانی عمومی وجود دارد زیرا تغییرات در هندسه الگوها اندک است. بنابراین ، مدل های شبکه ایجاد شده توسط اتصالات الگو ، گاهی اوقات مدل های همولوژی 52 نامیده می شوند. مزیت اتصالات الگو این است که این الگو می تواند تغییر شکل داده و به قسمت های مختلف شیء هدف که از نظر مکانی نزدیک به سطح هستند اما به دور از آن (به عنوان مثال ، قوس zygomatic و منطقه زمانی جمجمه) تنظیم شده است ، بدون اینکه هر کدام تأثیر بگذارد. دیگر. تغییر شکل به این ترتیب ، این الگوی را می توان برای انشعاب اشیاء مانند نیم تنه یا بازو ، با شانه در حالت ایستاده ایمن کرد. ضرر اتصالات قالب ، هزینه محاسباتی بالاتر تکرارهای مکرر است ، با این حال ، به لطف پیشرفت های چشمگیر در عملکرد رایانه ، این دیگر مسئله ای نیست. با تجزیه و تحلیل مقادیر مختصات رئوس هایی که مدل MESH را با استفاده از تکنیک های تجزیه و تحلیل چند متغیره مانند تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) تشکیل می دهند ، می توان تغییرات را در کل شکل سطح و شکل مجازی در هر موقعیتی در توزیع تجزیه و تحلیل کرد. می توان دریافت کرد محاسبه و تجسم 53. امروزه ، مدل های مش تولید شده توسط اتصالات قالب به طور گسترده ای در تجزیه و تحلیل شکل در زمینه های مختلف 52،54،556،57،58،59،60 استفاده می شود.
پیشرفت در فناوری ضبط مش انعطاف پذیر ، همراه با توسعه سریع دستگاه های اسکن سه بعدی قابل حمل قادر به اسکن با وضوح بالاتر ، سرعت و تحرک نسبت به CT ، ضبط داده های سطح سه بعدی را بدون در نظر گرفتن مکان آسانتر می کند. بنابراین ، در زمینه انسان شناسی بیولوژیکی ، چنین فن آوری های جدید توانایی کمیت و تجزیه و تحلیل آماری نمونه های انسانی ، از جمله نمونه های جمجمه را افزایش می دهد ، که هدف این مطالعه است.
به طور خلاصه ، این مطالعه از فناوری پیشرفته مدل سازی همسانی سه بعدی بر اساس تطبیق الگو استفاده می کند (شکل 1) برای ارزیابی 342 نمونه جمجمه انتخاب شده از 148 جمعیت در سراسر جهان از طریق مقایسه های جغرافیایی در سراسر جهان. تنوع مورفولوژی جمجمه (جدول 1). برای پاسخ به تغییر در مورفولوژی جمجمه ، ما از تجزیه و تحلیل ویژگی های PCA و گیرنده (ROC) استفاده کردیم. این یافته ها به درک بهتر تغییرات جهانی در مورفولوژی جمجمه ، از جمله الگوهای منطقه ای و کاهش ترتیب تغییر ، تغییرات همبستگی بین بخش های جمجمه و وجود روند آلومتری کمک خواهد کرد. اگرچه این مطالعه به داده های مربوط به متغیرهای بیرونی نشان داده شده توسط شرایط آب و هوایی یا رژیم غذایی که ممکن است بر مورفولوژی جمجمه تأثیر بگذارد ، اما الگوهای جغرافیایی مورفولوژی جمجمه که در مطالعه ما مستند شده است ، به کشف عوامل محیطی ، بیومکانیکی و ژنتیکی تغییرات جمجمه کمک می کند.
در جدول 2 ضرایب ویژه ویژه و PCA اعمال شده در یک مجموعه داده غیر استاندارد از 17،709 راس (53،127 مختصات XYZ) از 342 مدل جمجمه همولوگ استفاده شده است. در نتیجه ، 14 مؤلفه اصلی مشخص شد که سهم آنها در کل واریانس بیش از 1 ٪ و سهم کل واریانس 68/83 درصد بود. بردارهای بارگذاری 14 مؤلفه اصلی در جدول تکمیلی S1 ثبت شده اند ، و نمرات مؤلفه محاسبه شده برای نمونه جمجمه 342 در جدول تکمیلی S2 ارائه شده است.
این مطالعه نه مؤلفه اصلی با سهم بیشتر از 2 ٪ را ارزیابی کرد که برخی از آنها تنوع جغرافیایی قابل توجهی و قابل توجهی در مورفولوژی جمجمه نشان می دهد. شکل 2 منحنی های توطئه تولید شده از تجزیه و تحلیل ROC برای نشان دادن مؤثرترین اجزای PCA برای توصیف یا جدا کردن هر ترکیب نمونه ها در واحدهای اصلی جغرافیایی (به عنوان مثال ، بین کشورهای آفریقایی و غیر آفریقایی). ترکیب پولینزی به دلیل اندازه نمونه کوچک مورد استفاده در این آزمایش مورد آزمایش قرار نگرفت. داده های مربوط به اهمیت تفاوت در AUC و سایر آمارهای اساسی محاسبه شده با استفاده از تجزیه و تحلیل ROC در جدول تکمیلی S3 نشان داده شده است.
منحنی های ROC به نه برآورد مؤلفه اصلی بر اساس یک مجموعه داده راس متشکل از 342 مدل جمجمه همولوگ مردانه استفاده شد. AUC: مساحت زیر منحنی با اهمیت 0.01 ٪ برای تمایز هر ترکیب جغرافیایی از سایر ترکیبات. TPF مثبت مثبت (تبعیض مؤثر) است ، FPF مثبت کاذب است (تبعیض نامعتبر).
تفسیر منحنی ROC در زیر خلاصه شده است ، فقط با تمرکز بر روی مؤلفه هایی که می توانند با داشتن یک AUC بزرگ یا نسبتاً بزرگ و سطح بالایی از اهمیت با احتمال زیر 0.001 ، گروه های مقایسه را متمایز کنند. مجتمع آسیای جنوبی (شکل 2A) ، که عمدتاً از نمونه های هند تشکیل شده است ، با سایر نمونه های جغرافیایی مختلط تفاوت دارد ، زیرا اولین مؤلفه (PC1) در مقایسه با سایر اجزای AUC به طور قابل توجهی بزرگتر (856) دارد. ویژگی مجتمع آفریقا (شکل 2B) AUC نسبتاً بزرگ PC2 (0.834) است. Austro-Melanesians (شکل 2C) روند مشابهی را برای آفریقایی های زیر صحرایی از طریق PC2 با AUC نسبتاً بزرگتر (0.759) نشان داد. اروپایی ها (شکل 2D) به وضوح در ترکیب PC2 (AUC = 0.801) ، PC4 (AUC = 0.719) و PC6 (AUC = 0.671) متفاوت است ، نمونه شمال شرقی آسیا (شکل 2E) با PC4 تفاوت معنی داری دارد ، با یک نسبتاً نسبتاً 0.714 بیشتر ، و تفاوت از PC3 ضعیف است (AUC = 0.688). گروه های زیر نیز با مقادیر AUC پایین تر و سطح اهمیت بالاتر مشخص شدند: نتایج برای PC7 (AUC = 0.679) ، PC4 (AUC = 0.654) و PC1 (AUC = 0.649) نشان داد که بومیان آمریکایی (شکل 2F) با خاص خصوصیات مرتبط با این مؤلفه ها ، آسیای جنوب شرقی (شکل 2G) در سراسر PC3 (AUC = 0.660) و PC9 (AUC = 0.663) متفاوت است ، اما الگوی نمونه ها از خاورمیانه (شکل 2H) (از جمله آفریقای شمالی) مطابقت دارد. در مقایسه با دیگران تفاوت زیادی وجود ندارد.
در مرحله بعدی ، برای تفسیر بصری رئوسهای بسیار همبسته ، مناطقی از سطح با مقادیر بار زیاد بیشتر از 0.45 با اطلاعات مختصات x ، y و z رنگ شده است ، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. منطقه قرمز همبستگی بالایی با آن نشان می دهد مختصات محور x ، که مربوط به جهت عرضی افقی است. منطقه سبز با مختصات عمودی محور y بسیار ارتباط دارد و منطقه آبی تیره با مختصات ساژیتال محور z ارتباط دارد. منطقه آبی روشن با محورهای مختصات Y و محورهای مختصات Z همراه است. صورتی - منطقه مختلط مرتبط با محورهای مختصات X و Z. منطقه زرد - منطقه مرتبط با محورهای مختصات x و y. منطقه سفید از محور مختصات X ، Y و Z منعکس شده است. بنابراین ، در این آستانه مقدار بار ، PC 1 عمدتاً با کل سطح جمجمه همراه است. شکل جمجمه مجازی 3 SD در طرف مقابل این محور مؤلفه نیز در این شکل نشان داده شده است ، و تصاویر پیچیده در فیلم های تکمیلی S1 ارائه شده است تا بصری تأیید کند که PC1 حاوی عوامل اندازه کلی جمجمه است.
توزیع فرکانس نمرات PC1 (منحنی مناسب) ، نقشه رنگ سطح جمجمه با رئوس PC1 بسیار مرتبط است (توضیح رنگ ها نسبت به بزرگی طرفین مخالف این محور 3 SD است. مقیاس یک کره سبز با قطر است از 50 میلی متر
شکل 3 یک طرح توزیع فرکانس (منحنی مناسب) از نمرات PC1 فردی را که به طور جداگانه برای 9 واحد جغرافیایی محاسبه می شود ، نشان می دهد. علاوه بر برآورد منحنی ROC (شکل 2) ، برآورد آسیای جنوبی تا حدی به طور قابل توجهی در سمت چپ قرار دارد زیرا جمجمه های آنها از سایر گروه های منطقه ای کوچکتر است. همانطور که در جدول 1 آمده است ، این آسیایی های جنوبی نمایانگر گروه های قومی در هند از جمله جزایر آندامان و نیکوبار ، سریلانکا و بنگلادش هستند.
ضریب ابعادی در PC1 یافت شد. کشف مناطق بسیار همبسته و شکل های مجازی منجر به روشن شدن عوامل شکل برای اجزای غیر از PC1 شد. با این حال ، فاکتورهای اندازه همیشه کاملاً از بین نمی روند. همانطور که با مقایسه منحنی های ROC نشان داده شده است (شکل 2) ، PC2 و PC4 تبعیض آمیزترین و به دنبال آن PC6 و PC7 بودند. PC3 و PC9 در تقسیم جمعیت نمونه به واحدهای جغرافیایی بسیار مؤثر هستند. بنابراین ، این جفت محورهای مؤلفه به صورت شماتیک نقشه های پراکنده از نمرات PC و سطوح رنگی را با هر یک از مؤلفه ها بسیار مرتبط می کنند ، و همچنین تغییر شکل شکل مجازی با ابعاد طرف مقابل 3 SD (شکل 4 ، 5 ، 6). پوشش بدنه محدب نمونه ها از هر واحد جغرافیایی که در این توطئه ها نشان داده شده است ، تقریباً 90 ٪ است ، اگرچه در خوشه ها درجه ای از همپوشانی وجود دارد. در جدول 3 توضیحی در مورد هر مؤلفه PCA ارائه شده است.
پراکندگی نمرات PC2 و PC4 برای افراد جمجمه از نه واحد جغرافیایی (بالا) و چهار واحد جغرافیایی (پایین) ، توطئه های سطح جمجمه از راس ها بسیار با هر رایانه (نسبت به X ، Y ، Z) ارتباط دارند. توضیح رنگ محورها: متن را ببینید) ، و تغییر شکل فرم مجازی در طرف های مخالف این محورها 3 SD است. مقیاس یک کره سبز با قطر 50 میلی متر است.
پراکندگی نمرات PC6 و PC7 برای افراد جمجمه از نه واحد جغرافیایی (بالا) و دو واحد جغرافیایی (پایین) ، توطئه های رنگ سطح جمجمه برای راس های بسیار با هر رایانه (نسبت به X ، Y ، Z) ارتباط دارند. توضیح رنگ محورها: متن را ببینید) ، و تغییر شکل فرم مجازی در طرف های مخالف این محورها 3 SD است. مقیاس یک کره سبز با قطر 50 میلی متر است.
پراکندگی نمرات PC3 و PC9 برای افراد جمجمه از نه واحد جغرافیایی (بالا) و سه واحد جغرافیایی (پایین) ، و توطئه های رنگ سطح جمجمه (نسبت به X ، Y ، z محور) از راس ها بسیار با هر تفسیر رنگ PC همبستگی دارند : سانتی متر. متن) ، و همچنین تغییر شکل شکل مجازی در طرف های مخالف این محورها با بزرگی 3 SD. مقیاس یک کره سبز با قطر 50 میلی متر است.
در نمودار که نمرات PC2 و PC4 را نشان می دهد (شکل 4 ، فیلم های تکمیلی S2 ، S3 که تصاویر تغییر شکل یافته را نشان می دهند) ، نقشه رنگ سطح نیز نمایش داده می شود که آستانه مقدار بار بالاتر از 0.4 تنظیم شود ، که پایین تر از PC1 است زیرا در PC1 است زیرا در PC1 قرار دارد. مقدار PC2 بار کل کمتر از PC1 است.
کشیدگی لوب های فرونتال و اکسیپیتال در جهت ساژیتال در امتداد محور z (آبی تیره) و لوب پاریتال در جهت تاج (قرمز) روی صورتی) ، محور y از اکسیپوت (سبز) و محور z پیشانی (آبی تیره). این نمودار نمرات همه افراد در سراسر جهان را نشان می دهد. با این حال ، هنگامی که تمام نمونه های متشکل از تعداد زیادی از گروه ها به طور همزمان با هم نمایش داده می شوند ، تفسیر الگوهای پراکندگی به دلیل مقدار زیادی از همپوشانی بسیار دشوار است. بنابراین ، تنها از چهار واحد اصلی جغرافیایی (یعنی آفریقا ، استرالیا-ملانزی ، اروپا و آسیای شمال شرقی) ، نمونه ها در زیر نمودار با 3 تغییر شکل جمجمه مجازی SD در این طیف وسیعی از نمرات PC پراکنده می شوند. در شکل ، PC2 و PC4 جفت نمرات هستند. آفریقایی ها و آسترو ملانسی ها بیشتر با هم همپوشانی دارند و به سمت راست توزیع می شوند ، در حالی که اروپایی ها به سمت چپ بالا و شمال شرقی آسیایی ها پراکنده هستند و تمایل دارند که به سمت چپ پایین جمع شوند. محور افقی PC2 نشان می دهد که ملانسی های آفریقایی/استرالیا نسبت به سایر افراد دارای یک نورورکرانیوم نسبتاً طولانی تر هستند. PC4 ، که در آن ترکیبات اروپایی و شمال شرقی آسیا به راحتی از هم جدا می شوند ، با اندازه نسبی و طرح ریزی استخوان های زایگوماتیک و کانتور جانبی کالواریوم همراه است. این طرح امتیاز دهی نشان می دهد که اروپایی ها دارای استخوان های فک بالا و زایگوماتیک نسبتاً باریک هستند ، یک فضای کوچکتر از موقت زمانی محدود توسط قوس zygomatic ، یک استخوان جلو عمودی بالا و یک استخوان صاف و مسطح ، در حالی که آسیاییان شمال شرقی تمایل به داشتن استخوان های زایگوماتیک گسترده تر و برجسته تر دارند بشر لوب فرونتال متمایل است ، پایه استخوان اکسیپیتال بلند می شود.
هنگام تمرکز روی PC6 و PC7 (شکل 5) (فیلم های تکمیلی S4 ، S5 که تصاویر تغییر شکل یافته را نشان می دهد) ، طرح رنگ آستانه مقدار بار را بیشتر از 0.3 نشان می دهد ، نشان می دهد که PC6 با مورفولوژی فک بالا یا آلوئول همراه است (قرمز: محور X و سبز). محور y) ، شکل استخوان موقتی (آبی: Y و Z) و شکل استخوان اکسیپیتال (صورتی: محورهای X و Z). علاوه بر عرض پیشانی (قرمز: محور x) ، PC7 همچنین با ارتفاع آلوئولی های فک بالا قدامی (سبز: محور y) و شکل سر محور z در اطراف ناحیه parietotemporal (آبی تیره) ارتباط دارد. در پانل بالا شکل 5 ، تمام نمونه های جغرافیایی با توجه به نمرات مؤلفه PC6 و PC7 توزیع می شوند. از آنجا که ROC نشان می دهد که PC6 شامل ویژگی های منحصر به فرد برای اروپا است و PC7 ویژگی های بومی آمریکا را در این تجزیه و تحلیل نشان می دهد ، این دو نمونه منطقه ای به صورت انتخابی در این جفت محور مؤلفه ترسیم شده اند. بومیان آمریکایی ، اگرچه به طور گسترده در نمونه گنجانده شده اند ، در گوشه بالا سمت چپ پراکنده هستند. در مقابل ، بسیاری از نمونه های اروپایی تمایل به قرار گرفتن در گوشه پایین سمت راست دارند. جفت PC6 و PC7 نمایانگر فرآیند باریک آلوئولار و نورورکرانیوم نسبتاً گسترده اروپایی ها هستند ، در حالی که آمریکایی ها با یک پیشانی باریک ، فک بالا بزرگتر و یک فرآیند آلوئول گسترده تر و بلندتر مشخص می شوند.
تجزیه و تحلیل ROC نشان داد که PC3 و/یا PC9 در جمعیت جنوب شرقی و شمال شرقی آسیا رایج بودند. بر این اساس ، نمره PC3 (قسمت فوقانی سبز روی محور y) و PC9 (صورت پایین سبز روی محور y) (شکل 6 ؛ فیلم های تکمیلی S6 ، S7 تصاویر مورفه ای را ارائه می دهد) منعکس کننده تنوع آسیای شرقی است. ، که به شدت با نسبت های بالای صورت آسیایی های شمال شرقی و شکل کم چهره آسیایی های جنوب شرقی در تضاد است. علاوه بر این ویژگی های صورت ، یکی دیگر از ویژگی های برخی از آسیایی های شمال شرقی ، شیب لامبدا استخوان اکسیپیتال است ، در حالی که برخی از آسیایی های جنوب شرقی یک پایه جمجمه باریک دارند.
توضیحات فوق از مؤلفه های اصلی و توضیحات PC5 و PC8 حذف نشده است زیرا هیچ ویژگی منطقه ای خاصی در بین نه واحد اصلی جغرافیایی یافت نشد. PC5 به اندازه فرآیند ماستوئید استخوان زمانی اشاره دارد و PC8 نشان دهنده عدم تقارن شکل جمجمه کلی است ، هر دو تغییرات موازی بین نه ترکیب نمونه جغرافیایی را نشان می دهند.
علاوه بر پراکندگی از نمرات PCA در سطح فردی ، ما همچنین برای مقایسه کلی ، پراکنده های گروهی را ارائه می دهیم. برای این منظور ، یک مدل همسانی جمجمه ای متوسط ​​از مجموعه داده های راس از مدلهای همسانی فردی از 148 گروه قومی ایجاد شده است. توطئه های دو متغیره از مجموعه نمره برای PC2 و PC4 ، PC6 و PC7 و PC3 و PC9 در شکل تکمیلی S1 نشان داده شده است ، همه به عنوان مدل متوسط ​​جمجمه برای نمونه 148 فرد محاسبه می شوند. به این ترتیب ، پراکندگی ها اختلافات فردی را در هر گروه پنهان می کنند ، و این امکان را برای تفسیر واضح تر از شباهت های جمجمه به دلیل توزیع های اساسی منطقه ای فراهم می کند ، جایی که الگوهای با آنچه در توطئه های جداگانه با همپوشانی کمتری مطابقت دارد مطابقت دارد. شکل تکمیلی S2 میانگین مدل کلی برای هر واحد جغرافیایی را نشان می دهد.
علاوه بر PC1 ، که با اندازه کلی (جدول تکمیلی S2) همراه بود ، روابط آلومتری بین اندازه کلی و شکل جمجمه با استفاده از ابعاد سانتروئید و مجموعه تخمین های PCA از داده های غیر طبیعی مورد بررسی قرار گرفت. ضرایب آلومتری ، مقادیر ثابت ، مقادیر T و مقادیر P در آزمون اهمیت در جدول 4 نشان داده نشده است. هیچ مؤلفه الگوی آلومتری قابل توجهی مرتبط با اندازه جمجمه کلی در هر مورفولوژی جمجمه در سطح P <0.05 یافت نشد.
از آنجا که برخی از عوامل اندازه ممکن است در برآوردهای PC بر اساس مجموعه داده های غیر طبیعی گنجانده شود ، ما بیشتر روند آلومتری بین اندازه سانتروئید و نمرات PC را که با استفاده از مجموعه داده های نرمال شده توسط اندازه سانتروئید محاسبه می شود ، بررسی کردیم (نتایج PCA و مجموعه نمره در جداول مکمل S6 ارائه شده است ). ، c7). جدول 4 نتایج تجزیه و تحلیل آلومتری را نشان می دهد. بنابراین ، روند آلومتری قابل توجهی در سطح 1 ٪ در PC6 و در سطح 5 ٪ در PC10 یافت شد. شکل 7 دامنه های رگرسیون این روابط خطی بین نمرات PC و اندازه سانتروئید با آدمک ها (3 ± SD) را در هر دو انتهای اندازه سانتروئید نشان می دهد. نمره PC6 نسبت ارتفاع نسبی و عرض جمجمه است. با افزایش اندازه جمجمه ، جمجمه و صورت بیشتر می شوند و پیشانی ، سوکت های چشم و سوراخ بینی تمایل دارند که به صورت جانبی به هم نزدیک شوند. الگوی پراکندگی نمونه نشان می دهد که این نسبت به طور معمول در شمال شرقی آسیایی ها و بومیان آمریکایی یافت می شود. علاوه بر این ، PC10 گرایش به سمت کاهش متناسب در عرض میانی بدون در نظر گرفتن منطقه جغرافیایی را نشان می دهد.
برای روابط آلومتری قابل توجهی که در جدول ذکر شده است ، شیب رگرسیون خطی خط بین نسبت PC از مؤلفه شکل (به دست آمده از داده های نرمال شده) و اندازه سانتروئید ، تغییر شکل شکل مجازی دارای اندازه 3 SD در آن است طرف مقابل خط 4.
الگوی زیر از تغییرات در مورفولوژی جمجمه از طریق تجزیه و تحلیل مجموعه داده های مدل های سطح سه بعدی همولوگ نشان داده شده است. اولین مؤلفه PCA به اندازه جمجمه کلی مربوط می شود. مدتهاست که تصور می شود جمجمه های کوچکتر آسیای جنوبی ، از جمله نمونه های هند ، سریلانکا و جزایر آندامان ، بنگلادش ، به دلیل اندازه بدن کوچکتر آنها ، سازگار با قانون اکوژئوگرافی برگمان یا قانون جزیره 613،5،16،25 ، 27،62. حالت اول مربوط به دما است و دوم به فضای موجود و منابع غذایی طاقچه زیست محیطی بستگی دارد. در میان مؤلفه های شکل ، بیشترین تغییر نسبت طول و عرض طاق جمجمه است. این ویژگی ، تعیین شده PC2 ، رابطه نزدیک بین جمجمه های متناسب کشیده اترو ملانسی ها و آفریقایی ها و همچنین تفاوت های جمجمه های کروی برخی از اروپایی ها و آسیایی های شمال شرقی را توصیف می کند. این خصوصیات در بسیاری از مطالعات قبلی بر اساس اندازه گیری خطی ساده 37،63،64 گزارش شده است. علاوه بر این ، این صفت با براکیسفالی در غیر آفریقایی ها ، که مدت هاست در مطالعات آنتروپومتریک و پوکی استخوان مورد بحث قرار گرفته است ، همراه است. فرضیه اصلی این توضیحات این است که کاهش ماستیکا ، مانند نازک شدن عضله تمپورالیس ، فشار بر روی پوست سر خارجی 5،8،9،10،11،12،13 را کاهش می دهد. فرضیه دیگر شامل سازگاری با آب و هوای سرد با کاهش سطح سطح سر است ، نشان می دهد که جمجمه کروی تر سطح سطح را بهتر از یک شکل کروی به حداقل می رساند ، طبق قوانین آلن 16،17،25. بر اساس نتایج مطالعه حاضر ، این فرضیه ها فقط بر اساس همبستگی متقابل بخش های جمجمه قابل ارزیابی هستند. به طور خلاصه ، نتایج PCA ما به طور کامل از این فرضیه پشتیبانی نمی کند که نسبت عرض طول جمجمه به طور قابل توجهی تحت تأثیر شرایط جویدن قرار می گیرد ، زیرا بارگذاری PC2 (مؤلفه طولانی/براکیسفالی) به طور قابل توجهی با نسبت صورت (از جمله ابعاد حداکثر حداکثر) مرتبط نبود. و فضای نسبی FOSSA موقتی (منعکس کننده حجم عضله تمپورالیس). مطالعه حاضر ما رابطه بین شکل جمجمه و شرایط محیطی زمین شناسی مانند دما را تجزیه و تحلیل نکرده است. با این حال ، توضیحی که براساس قانون آلن انجام می شود ممکن است به عنوان یک فرضیه نامزد برای توضیح براکیسفالون در مناطق آب و هوایی سرد در نظر گرفته شود.
سپس تغییرات قابل توجهی در PC4 مشاهده شد ، نشان می دهد که آسیاییان شمال شرقی استخوان های بزرگ و برجسته زایگوماتیک بر استخوان های فک بالا و زایگوماتیک دارند. این یافته با یک ویژگی خاص شناخته شده سیبری ، که تصور می شود با حرکت رو به جلو استخوان های زایگوماتیک سازگار شده اند ، سازگار است و در نتیجه افزایش حجم سینوس ها و چهره مسطح تر 65 است. یک یافته جدید از مدل همولوگ ما این است که افتادگی گونه در اروپایی ها با کاهش شیب جلو ، و همچنین استخوان های مسطح و باریک و باریک و مقعر نوچال همراه است. در مقابل ، آسیایی های شمال شرقی تمایل به داشتن پیشانی شیب دار و مناطق شکوفه ای دارند. مطالعات مربوط به استخوان اکسیپیتال با استفاده از روشهای مورفومتریک هندسی 35 نشان داده است که جمجمه های آسیایی و اروپایی دارای یک منحنی نوچال مسطح تر و موقعیت پایین تر از اکسیپوت در مقایسه با آفریقایی ها هستند. با این حال ، پراکندگی ما از جفت PC2 و PC4 و PC3 و PC9 تنوع بیشتری در آسیایی ها نشان داد ، در حالی که اروپایی ها با یک پایه مسطح از اکسیپوت و یک قسمت پایین تر مشخص می شدند. ناسازگاری در خصوصیات آسیایی بین مطالعات ممکن است به دلیل تفاوت در نمونه های قومی مورد استفاده باشد ، زیرا ما تعداد زیادی از گروه های قومی را از طیف گسترده ای از شمال شرقی و جنوب شرقی آسیا نمونه برداری کردیم. تغییرات در شکل استخوان اکسیپیتال اغلب با رشد عضلات همراه است. با این حال ، این توضیحات تطبیقی ​​همبستگی بین پیشانی و شکل شکمی را که در این مطالعه نشان داده شده است ، به خود اختصاص نمی دهد اما بعید است که به طور کامل نشان داده شود. در این راستا ، ارزش آن را دارد که رابطه بین تعادل وزن بدن و مرکز ثقل یا اتصال دهانه رحم (Foramen Magnum) یا سایر عوامل را در نظر بگیرید.
یکی دیگر از مؤلفه های مهم با تنوع زیاد مربوط به توسعه دستگاه ماستیکی است که توسط فسیل های فک بالا و زمانی نشان داده شده است ، که با ترکیبی از نمرات PC6 ، PC7 و PC4 شرح داده شده است. این کاهش قابل توجه در بخش های جمجمه بیش از هر گروه جغرافیایی دیگر افراد اروپایی را توصیف می کند. این ویژگی به دلیل کاهش پایداری مورفولوژی صورت به دلیل توسعه زودرس تکنیک های کشاورزی و تهیه مواد غذایی ، که به نوبه خود باعث کاهش بار مکانیکی در دستگاه ماستیکی بدون دستگاه قدرتمند قدرتمند 9،12،28،66 می شود ، تفسیر شده است. با توجه به فرضیه عملکرد masticator ، 28 این با تغییر در خم شدن پایه جمجمه به زاویه جمجمه حاد تر و یک سقف جمجمه کروی تر همراه است. از این منظر ، جمعیت کشاورزی تمایل به چهره های جمع و جور ، برآمدگی کمتر فک پایین و مننژهای کروی تر دارند. بنابراین ، این تغییر شکل را می توان با طرح کلی شکل جانبی جمجمه اروپایی ها با اندامهای کاهش یافته توضیح داد. با این حال ، طبق این مطالعه ، این تفسیر پیچیده است زیرا اهمیت عملکردی رابطه مورفولوژیکی بین عصبی گلوبوز و توسعه دستگاه masticatory کمتر قابل قبول است ، همانطور که در تفسیرهای قبلی PC2 در نظر گرفته می شود.
تفاوت بین آسیایی های شمال شرقی و آسیایی های جنوب شرقی با تضاد بین صورت بلند با استخوان شیب دار و صورت کوتاه با پایه جمجمه باریک نشان داده شده است ، همانطور که در PC3 و PC9 نشان داده شده است. به دلیل عدم وجود داده های ژئوکولوژیکی ، مطالعه ما فقط توضیحی محدود برای این یافته ارائه می دهد. یک توضیح احتمالی سازگاری با شرایط مختلف آب و هوایی یا تغذیه ای است. علاوه بر سازگاری زیست محیطی ، اختلافات محلی در تاریخ جمعیت در شمال شرقی و آسیای جنوب شرقی نیز مورد توجه قرار گرفت. به عنوان مثال ، در اوراسیا شرقی ، یک مدل دو لایه برای درک پراکندگی انسانهای آناتومیک مدرن (AMH) بر اساس داده های مورفومتریک جمجمه 67،68 فرض شده است. طبق این مدل ، "ردیف اول" ، یعنی گروه های اصلی استعمارگران اواخر پلیستوسن AMH ، کم و بیش نزول مستقیمی از ساکنان بومی منطقه مانند آسترو و ملانسی های مدرن (ص اولین قشر) داشتند. ، و بعداً ترکیب گسترده ای از مردم کشاورزی شمالی با خصوصیات شمال شرقی آسیا (لایه دوم) به منطقه (حدود 4000 سال پیش) را تجربه کرد. جریان ژن با استفاده از یک مدل "دو لایه" برای درک شکل جمجمه جنوب شرقی آسیا مورد نیاز خواهد بود ، با توجه به اینکه شکل جمجمه آسیای جنوب شرقی ممکن است تا حدودی به میراث ژنتیکی سطح اول بستگی داشته باشد.
با ارزیابی شباهت جمجمه با استفاده از واحدهای جغرافیایی نقشه برداری شده با استفاده از مدل های همولوگ ، می توانیم تاریخچه جمعیت اصلی AMF در سناریوهای خارج از آفریقا را استنباط کنیم. بسیاری از مدل های مختلف "خارج از آفریقا" برای توضیح توزیع AMF بر اساس داده های اسکلتی و ژنومی پیشنهاد شده است. از این تعداد ، مطالعات اخیر حاکی از آن است که استعمار AMH مناطق خارج از آفریقا تقریباً 177،000 سال پیش 69،70 آغاز شد. با این حال ، توزیع مسافت طولانی AMF در اوراسیا در این دوره نامشخص است ، زیرا زیستگاه های این فسیل های اولیه محدود به خاورمیانه و مدیترانه در نزدیکی آفریقا است. ساده ترین مورد یک شهرک واحد در طول یک مسیر مهاجرت از آفریقا به اوراسیا است و از موانع جغرافیایی مانند هیمالیا دور می شود. مدل دیگر حاکی از امواج متعدد مهاجرت است که اولین آن از آفریقا در امتداد ساحل اقیانوس هند به جنوب شرقی آسیا و استرالیا گسترش یافته و سپس در شمال اوراسیا گسترش یافته است. بیشتر این مطالعات تأیید می کنند که AMF در حدود 60،000 سال پیش فراتر از آفریقا گسترش یافته است. از این نظر ، نمونه های استرالیا-ملانسی (از جمله پاپوا) شباهت بیشتری به نمونه های آفریقایی نسبت به سایر سری های جغرافیایی در اجزای اصلی تجزیه و تحلیل مدلهای همسانی نشان می دهد. این یافته این فرضیه را پشتیبانی می کند که اولین گروه های توزیع AMF در امتداد لبه جنوبی اوراسیا به طور مستقیم در آفریقا 2222 بدون تغییر مورفولوژیکی قابل توجهی در پاسخ به آب و هوایی خاص یا سایر شرایط مهم بوجود آمد.
با توجه به رشد آلومتری ، تجزیه و تحلیل با استفاده از اجزای شکل حاصل از مجموعه داده های مختلف که با اندازه سانتروئید عادی شده است ، روند آلومتری قابل توجهی در PC6 و PC10 نشان داد. هر دو مؤلفه مربوط به شکل پیشانی و قسمت های صورت هستند که با افزایش اندازه جمجمه باریک تر می شوند. آسیایی های شمال شرقی و آمریکایی ها تمایل به داشتن این ویژگی دارند و جمجمه های نسبتاً بزرگی دارند. این یافته با الگوهای آلومتری که قبلاً گزارش شده بود مغایرت دارد که در آن مغزهای بزرگتر دارای لوبهای فرونتال نسبتاً وسیع تر در منطقه به اصطلاح "کلاه بروکا" هستند و در نتیجه افزایش عرض لوب فرونتال 34. این اختلافات با تفاوت در مجموعه های نمونه توضیح داده شده است. مطالعه ما الگوهای آلومتری از اندازه جمجمه کلی با استفاده از جمعیت های مدرن را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده است ، و مطالعات مقایسه ای به روندهای طولانی مدت در تکامل انسان مربوط به اندازه مغز می پردازد.
با توجه به آلومتری صورت ، یک مطالعه با استفاده از داده های بیومتریک 78 نشان داد که شکل و اندازه صورت ممکن است کمی با هم ارتباط داشته باشد ، در حالی که مطالعه ما نشان داد که جمجمه های بزرگتر تمایل به همراه با چهره های بلندتر و باریک تر دارند. با این حال ، قوام داده های بیومتریک نامشخص است. تست های رگرسیون با مقایسه آلومتری آنتوژنتیک و آلومتری استاتیک نتایج متفاوتی را نشان می دهد. گرایش آلومتری به سمت شکل جمجمه کروی به دلیل افزایش ارتفاع نیز گزارش شده است. با این حال ، ما داده های ارتفاع را تجزیه و تحلیل نکردیم. مطالعه ما نشان می دهد که هیچ داده آلومتری وجود ندارد که نشان دهنده ارتباطی بین نسبت کروی جمجمه و اندازه کلی جمجمه به خودی خود باشد.
اگرچه مطالعه حاضر ما با داده های مربوط به متغیرهای بیرونی نشان داده شده توسط شرایط آب و هوایی یا رژیم غذایی که احتمالاً بر مورفولوژی جمجمه تأثیر می گذارد ، سروکار ندارد ، اما مجموعه داده های بزرگ مدلهای سطح جمجمه سه بعدی همولوگ مورد استفاده در این مطالعه به ارزیابی تنوع مورفولوژیکی فنوتیپی همبسته کمک می کند. عوامل محیطی مانند رژیم غذایی ، آب و هوا و شرایط غذایی و همچنین نیروهای خنثی مانند مهاجرت ، جریان ژن و رانش ژنتیکی.
این مطالعه شامل 342 نمونه جمجمه نر جمع آوری شده از 148 جمعیت در 9 واحد جغرافیایی (جدول 1). بیشتر گروه ها از نظر جغرافیایی نمونه های بومی هستند ، در حالی که برخی از گروه ها در آفریقا ، شمال شرقی/جنوب شرقی آسیا و قاره آمریکا (ذکر شده در ایتالیایی ها) از نظر قومی تعریف شده اند. بسیاری از نمونه های جمجمه از پایگاه داده اندازه گیری جمجمه با توجه به تعریف اندازه گیری جمجمه مارتین ارائه شده توسط Tsunehiko Hanihara انتخاب شدند. ما جمجمه های مرد نماینده را از همه گروه های قومی جهان انتخاب کردیم. برای شناسایی اعضای هر گروه ، ما مسافت اقلیدسی را بر اساس 37 اندازه گیری جمجمه از این گروه محاسبه کردیم که برای همه افراد متعلق به آن گروه است. در بیشتر موارد ، ما نمونه های 1-4 را با کمترین فاصله از میانگین (جدول تکمیلی S4) انتخاب کردیم. برای این گروه ها ، برخی از نمونه ها به طور تصادفی انتخاب شدند اگر در پایگاه داده اندازه گیری Hahara ذکر نشده باشند.
برای مقایسه آماری ، 148 نمونه جمعیت به واحدهای اصلی جغرافیایی گروه بندی شدند ، همانطور که در جدول 1. نشان داده شده است. گروه "آفریقایی" فقط از نمونه هایی از منطقه زیر صحرایی تشکیل شده است. نمونه هایی از شمال آفریقا در "خاورمیانه" به همراه نمونه هایی از غرب آسیا با شرایط مشابه قرار گرفتند. گروه شمال شرقی آسیا فقط افراد تبار غیر اروپایی را شامل می شود و گروه آمریکایی فقط بومیان آمریکایی را شامل می شود. به طور خاص ، این گروه در منطقه وسیعی از قاره های آمریکای شمالی و جنوبی ، در طیف گسترده ای از محیط ها توزیع می شود. با این حال ، ما نمونه ایالات متحده را در این واحد جغرافیایی منفرد ، با توجه به تاریخ جمعیتی بومیان آمریکایی در نظر گرفته شده که از نظر منشأ شمال شرقی آسیا هستند ، صرف نظر از مهاجرت های متعدد 80 در نظر می گیریم.
ما داده های سطح سه بعدی از این نمونه های جمجمه متضاد را با استفاده از یک اسکنر 3D با وضوح بالا (Einscan Pro با درخشش 3D CO LTD ، حداقل وضوح: 0.5 میلی متر ، https://www.shining3d.com/) ثبت کردیم و سپس مش تولید کردیم. مدل مش از تقریباً 200،000-400،000 راس تشکیل شده است و از نرم افزار موجود برای پر کردن سوراخ ها و لبه های صاف استفاده می شود.
در مرحله اول ، ما از داده های اسکن از هر جمجمه برای ایجاد یک مدل جمجمه مش مشبک متشکل از 4485 راس (8728 چهره چند ضلعی) استفاده کردیم. پایه ناحیه جمجمه ، متشکل از استخوان اسفنوئید ، استخوان تمپورال پتروس ، کام ، آلوئول های فک بالا و دندانها ، از مدل مش الگوی خارج شد. دلیل این امر این است که به دلیل قطعات تیز یا نازک مانند سطوح پریگوئید و فرآیندهای استایلوئید ، سایش دندان و/یا مجموعه متناقض دندان ، گاهی اوقات ناقص یا دشوار است. پایه جمجمه در اطراف Foramen Magnum ، از جمله پایه ، مورد استفاده قرار نگرفت زیرا این مکان از نظر آناتومیکی مهم برای محل اتصالات دهانه رحم است و باید ارتفاع جمجمه ارزیابی شود. از حلقه های آینه استفاده کنید تا الگویی را تشکیل دهید که از هر دو طرف متقارن باشد. مشبک ایزوتروپیک را برای تبدیل اشکال چند ضلعی انجام دهید تا حد ممکن برابر باشد.
در مرحله بعد ، 56 نشانه گذاری با استفاده از نرم افزار HBM-Rugle به رئوسهای مربوط به آناتومیک مدل الگو اختصاص داده شد. تنظیمات برجسته از صحت و ثبات موقعیت یابی موقعیت مکانی اطمینان حاصل می کند و از همسانی این مکان ها در مدل همسانی تولید شده اطمینان حاصل می کند. همانطور که در جدول تکمیلی S5 و شکل تکمیلی S3 نشان داده شده است ، آنها می توانند بر اساس ویژگی های خاص آنها شناسایی شوند. طبق Definition Bookstein's Definition81 ، بیشتر این نقاط دیدنی نشانه های نوع I است که در تقاطع سه سازه واقع شده اند و برخی از آنها نقاط دیدنی نوع II با نقاط حداکثر انحنای است. بسیاری از نقاط دیدنی از نقاط تعریف شده برای اندازه گیری های خطی خطی در تعریف مارتین 36 منتقل شدند. ما همان 56 نشانه را برای مدل های اسکن شده از 342 نمونه جمجمه تعریف کردیم ، که به صورت دستی به رئوسهای مربوط به آناتومیک اختصاص داده شده اند تا در بخش بعدی مدل های دقیق تر همولوژی را تولید کنند.
یک سیستم مختصات از سر محور برای توصیف داده ها و الگوی اسکن ، همانطور که در شکل تکمیلی S4 نشان داده شده است ، تعریف شده است. هواپیمای XZ هواپیمای افقی Frankfurt است که از بالاترین نقطه (تعریف مارتین: بخشی) از لبه برتر کانال های شنوایی خارجی چپ و راست و پایین ترین نقطه (تعریف مارتین: مدار) لبه پایین مدار سمت چپ عبور می کند. بشر بشر محور x خطی است که طرف های چپ و راست را به هم وصل می کند و x+ سمت راست است. هواپیمای YZ از وسط قسمتهای چپ و راست و ریشه بینی عبور می کند: y+ بالا ، z+ به جلو. نقطه مرجع (مبدا: مختصات صفر) در تقاطع هواپیمای YZ (هواپیمای میانی) ، هواپیمای XZ (هواپیمای فرانکفورت) و هواپیمای XY (هواپیمای تاج) تنظیم شده است.
ما از نرم افزار HBM-Rugle (Medic Engineering ، Kyoto ، http://www.rugle.co.jp/) استفاده کردیم تا با انجام اتصالات الگوی با استفاده از 56 نقطه نقطه عطف (سمت چپ شکل 1) یک مدل مش همولوگ ایجاد کنیم. مؤلفه اصلی نرم افزار ، که در ابتدا توسط مرکز تحقیقات دیجیتالی انسانی در انستیتوی علوم و فناوری پیشرفته صنعتی در ژاپن ساخته شده است ، HBM نامیده می شود و کارکردهای متناسب با استفاده از نشانه ها و ایجاد مدل های مش خوب را با استفاده از سطوح پارتیشن بندی 82 دارد. نسخه نرم افزاری بعدی (MHBM) 83 ویژگی ای را برای اتصالات الگوی بدون نقاط دیدنی برای بهبود عملکرد مناسب اضافه کرد. HBM-Rugle نرم افزار MHBM را با ویژگی های کاربر پسند اضافی از جمله سفارشی سازی سیستم های مختصات و تغییر اندازه داده های ورودی ترکیب می کند. قابلیت اطمینان از دقت مناسب نرم افزار در مطالعات بیشماری 52،54،556،57،58،59،60 تأیید شده است.
هنگام قرار دادن یک الگوی HBM-Rugle با استفاده از نقاط دیدنی ، مدل مش مشبک بر روی داده های اسکن هدف با ثبت سفت و سخت بر اساس فناوری ICP (به حداقل رساندن جمع فاصله بین نقاط دیدنی مربوط به الگو و داده های اسکن هدف) قرار گرفته است ، و سپس با تغییر شکل غیر سفت و سخت از مش ، الگوی را با داده های اسکن هدف تطبیق می دهد. این فرآیند اتصالات سه بار با استفاده از مقادیر مختلف دو پارامتر مناسب برای بهبود صحت اتصالات تکرار شد. یکی از این پارامترها فاصله بین مدل شبکه الگو و داده های اسکن هدف را محدود می کند ، و دیگری مجازات بین نقاط دیدنی الگو و نقاط دیدنی هدف را مجازات می کند. سپس مدل مش مشروبات الکلی با استفاده از الگوریتم زیربخش سطح چرخه ای 82 تقسیم شد تا یک مدل مش تصفیه شده تر از 17709 راس (34.928 چند ضلعی) ایجاد شود. سرانجام ، مدل شبکه الگوی پارتیشن متناسب با داده های اسکن هدف برای تولید یک مدل همسانی است. از آنجا که مکان های برجسته با داده های اسکن هدف کمی متفاوت است ، مدل همسانی برای توصیف آنها با استفاده از سیستم مختصات جهت گیری سر که در بخش قبلی شرح داده شده است ، تنظیم شده است. میانگین فاصله بین نقاط دیدنی مدل همولوگ مربوطه و داده های اسکن هدف در همه نمونه ها <0.01 میلی متر بود. محاسبه شده با استفاده از عملکرد HBM-Rugle ، میانگین فاصله بین نقاط داده مدل همسانی و داده های اسکن هدف 0.322 میلی متر (جدول تکمیلی S2) بود.
برای توضیح تغییرات در مورفولوژی جمجمه ، 17709 راس (53127 مختصات XYZ) از تمام مدلهای همولوگ با استفاده از تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی (PCA) با استفاده از نرم افزار HBS ایجاد شده توسط مرکز علوم دیجیتال انسانی در انستیتوی علوم و فناوری پیشرفته صنعتی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. ، ژاپن (فروشنده توزیع: مهندسی پزشکی ، کیوتو ، http://www.rugle.co.jp/). سپس ما سعی کردیم PCA را در مجموعه داده های غیر طبیعی و مجموعه داده ها که توسط اندازه سانتروئید عادی شده است ، اعمال کنیم. بنابراین ، PCA بر اساس داده های غیر استاندارد می تواند به وضوح شکل جمجمه نه واحد جغرافیایی را مشخص کند و تفسیر مؤلفه را نسبت به PCA با استفاده از داده های استاندارد تسهیل کند.
در این مقاله تعداد مؤلفه های اصلی شناسایی شده با سهم بیش از 1 ٪ از کل واریانس ارائه شده است. برای تعیین مؤلفه های اصلی که در تمایز گروه ها در واحدهای اصلی جغرافیایی مؤثر است ، تجزیه و تحلیل ویژگی عملکرد گیرنده (ROC) به نمرات مؤلفه اصلی (PC) با سهم بیشتر از 2 ٪ 84 استفاده شد. این تجزیه و تحلیل یک منحنی احتمال برای هر مؤلفه PCA برای بهبود عملکرد طبقه بندی و مقایسه صحیح توطئه ها بین گروه های جغرافیایی ایجاد می کند. میزان قدرت تبعیض آمیز را می توان توسط منطقه تحت منحنی (AUC) ارزیابی کرد ، جایی که اجزای PCA با مقادیر بزرگتر قادر به تفکیک بین گروه ها هستند. سپس یک آزمون مجذور کای برای ارزیابی سطح اهمیت انجام شد. تجزیه و تحلیل ROC در مایکروسافت اکسل با استفاده از منحنی Bell برای نرم افزار Excel (نسخه 3.21) انجام شد.
برای تجسم تفاوت های جغرافیایی در مورفولوژی جمجمه ، پراکندگی با استفاده از نمرات PC ایجاد شد که گروههای مؤثر از واحدهای اصلی جغرافیایی متمایز می شوند. برای تفسیر مؤلفه های اصلی ، از یک نقشه رنگی برای تجسم رئوس های مدل استفاده کنید که با اجزای اصلی بسیار مرتبط هستند. علاوه بر این ، بازنمودهای مجازی از انتهای محورهای مؤلفه اصلی واقع در 3 ± انحراف استاندارد (SD) از نمرات مؤلفه اصلی محاسبه و در فیلم تکمیلی ارائه شد.
از آلومتری برای تعیین رابطه بین شکل جمجمه و عوامل اندازه ارزیابی شده در تجزیه و تحلیل PCA استفاده شد. تجزیه و تحلیل برای مؤلفه های اصلی با مشارکت> 1 ٪ معتبر است. یکی از محدودیت های این PCA این است که اجزای شکل نمی توانند به صورت جداگانه شکل را نشان دهند زیرا مجموعه داده های غیر طبیعی همه عوامل بعدی را از بین نمی برد. علاوه بر استفاده از مجموعه داده های غیر طبیعی ، ما همچنین روندهای آلومتری را با استفاده از مجموعه های کسری PC بر اساس داده های اندازه سانتروئید نرمال که برای اجزای اصلی با مشارکت> 1 ٪ اعمال می شود ، تجزیه و تحلیل کردیم.
روند آلومتری با استفاده از معادله y = axb 85 که در آن y شکل یا نسبت یک مؤلفه شکل است مورد آزمایش قرار گرفت ، x اندازه سانتروئید (جدول تکمیلی S2) ، A یک مقدار ثابت و B ضریب آلومتری است. این روش اساساً مطالعات رشد آلومتری را به مورفومتری هندسی 78،86 معرفی می کند. تحول لگاریتمی این فرمول عبارتند از: log y = b × log x + log a. تجزیه و تحلیل رگرسیون با استفاده از روش کمترین مربع برای محاسبه A و B استفاده شد. هنگامی که y (اندازه سانتروئید) و X (نمرات PC) از نظر لگاریتمی تبدیل می شوند ، این مقادیر باید مثبت باشند. با این حال ، مجموعه تخمین برای x حاوی مقادیر منفی است. به عنوان یک راه حل ، ما گرد را به مقدار مطلق کوچکترین کسری به علاوه 1 برای هر بخش در هر مؤلفه اضافه کردیم و یک تحول لگاریتمی را برای همه کسری مثبت تبدیل شده به کار گرفتیم. اهمیت ضرایب آلومتری با استفاده از آزمون T دانش آموز دو دم ارزیابی شد. این محاسبات آماری برای آزمایش رشد آلومتری با استفاده از منحنی های زنگ در نرم افزار اکسل (نسخه 3.21) انجام شد.
Wolpoff ، اثرات آب و هوایی MH بر روی سوراخ بینی اسکلت. بله J. Phys. بشریت 29 ، 405-423. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330290315 (1968).
BEALS ، KL شکل سر و استرس آب و هوا. بله J. Phys. بشریت 37 ، 85-92. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330370111 (1972).