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

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.نسخه مرورگری که استفاده می کنید پشتیبانی محدودی از CSS دارد.برای بهترین نتایج، توصیه می کنیم از نسخه جدیدتر مرورگر خود استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر خاموش کنید).در عین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل یا جاوا اسکریپت نشان می دهیم.
این مطالعه تنوع منطقه‌ای را در مورفولوژی جمجمه انسان با استفاده از یک مدل همسانی هندسی بر اساس داده‌های اسکن از 148 گروه قومی در سراسر جهان ارزیابی کرد.این روش از فناوری برازش قالب برای تولید مش های همولوگ با انجام تبدیل های غیر صلب با استفاده از الگوریتم نزدیکترین نقطه تکراری استفاده می کند.با اعمال تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی به 342 مدل همولوگ منتخب، بزرگترین تغییر در اندازه کلی پیدا شد و به وضوح برای یک جمجمه کوچک از جنوب آسیا تأیید شد.دومین تفاوت بزرگ، نسبت طول به عرض جمجمه عصبی است که تضاد بین جمجمه های کشیده آفریقایی ها و جمجمه های محدب شمال شرق آسیا را نشان می دهد.شایان ذکر است که این ماده ارتباط چندانی با کانتورینگ صورت ندارد.ویژگی های شناخته شده صورت مانند گونه های بیرون زده در شمال شرقی آسیا و استخوان های فشرده فک بالا در اروپایی ها دوباره تایید شد.این تغییرات صورت ارتباط نزدیکی با کانتور جمجمه، به ویژه میزان تمایل استخوان های پیشانی و پس سری دارد.الگوهای آلومتریک در نسبت صورت نسبت به اندازه کلی جمجمه پیدا شد.همانطور که در بسیاری از بومیان آمریکا و شمال شرق آسیا نشان داده شده است، در جمجمه های بزرگتر، خطوط صورت بلندتر و باریک تر هستند.اگرچه مطالعه ما داده‌های مربوط به متغیرهای محیطی را که ممکن است بر مورفولوژی جمجمه تأثیر بگذارد، مانند شرایط آب و هوایی یا رژیم غذایی، شامل نشد، مجموعه داده‌های بزرگی از الگوهای همولوگ جمجمه در جستجوی توضیحات مختلف برای ویژگی‌های فنوتیپی اسکلتی مفید خواهد بود.
تفاوت های جغرافیایی در شکل جمجمه انسان برای مدت طولانی مورد مطالعه قرار گرفته است.بسیاری از محققین تنوع سازگاری محیطی و/یا انتخاب طبیعی، به ویژه عوامل اقلیمی 1،2،3،4،5،6،7 یا عملکرد جونده را بسته به شرایط تغذیه ارزیابی کرده اند5،8،9،10، 11،12.13. .علاوه بر این، برخی از مطالعات بر روی اثرات گلوگاه، رانش ژنتیکی، جریان ژن، یا فرآیندهای تکاملی تصادفی ناشی از جهش‌های ژنی خنثی تمرکز کرده‌اند.برای مثال، شکل کروی یک طاق جمجمه‌ای پهن‌تر و کوتاه‌تر به‌عنوان سازگاری با فشار انتخابی طبق قانون آلن توضیح داده شده است، که فرض می‌کند پستانداران از دست دادن گرما را با کاهش سطح بدن نسبت به حجم ۲،۴،۱۶،۱۷،۲۵ به حداقل می‌رسانند. .بعلاوه، برخی از مطالعات با استفاده از قانون برگمان 26، رابطه بین اندازه جمجمه و دما را توضیح داده اند.تأثیر مکانیکی استرس جونده بر الگوی رشد طاق جمجمه و استخوان‌های صورت در رابطه با شرایط غذایی ناشی از فرهنگ آشپزی یا تفاوت‌های معیشتی بین کشاورزان و شکارچیان-گردآورنده مورد بحث قرار گرفته است.توضیح کلی این است که کاهش فشار جویدن باعث کاهش سختی استخوان ها و عضلات صورت می شود.چندین مطالعه جهانی، تنوع شکل جمجمه را عمدتاً به پیامدهای فنوتیپی فاصله ژنتیکی خنثی به جای سازگاری با محیط مرتبط می‌دانند.توضیح دیگر برای تغییرات شکل جمجمه بر اساس مفهوم رشد ایزومتریک یا آلومتریک 6،33،34،35 است.به عنوان مثال، مغزهای بزرگتر تمایل به داشتن لوب های پیشانی نسبتاً گسترده تری در ناحیه به اصطلاح "کلاه بروکا" دارند و عرض لوب های فرونتال افزایش می یابد، یک فرآیند تکاملی که بر اساس رشد آلومتریک در نظر گرفته می شود.علاوه بر این، مطالعه‌ای که تغییرات طولانی‌مدت در شکل جمجمه را بررسی می‌کند، گرایش آلومتریک به سمت براکی سفالی (تمایل کروی‌تر شدن جمجمه) با افزایش قد را نشان می‌دهد.
سابقه طولانی تحقیقات در مورفولوژی جمجمه شامل تلاش هایی برای شناسایی عوامل زمینه ای مسئول جنبه های مختلف تنوع اشکال جمجمه است.روش‌های سنتی مورد استفاده در بسیاری از مطالعات اولیه مبتنی بر داده‌های اندازه‌گیری خطی دو متغیره بودند که اغلب از تعاریف مارتین یا هاول استفاده می‌کردند.در عین حال، بسیاری از مطالعات ذکر شده در بالا از روش های پیشرفته تری مبتنی بر فناوری مورفومتری هندسی سه بعدی فضایی (GM) 5،7،10،11،12،13،17،20،27،34،35،38 استفاده کردند.39. به عنوان مثال، روش نیمه لغزشی لغزشی، بر اساس به حداقل رساندن انرژی خمشی، رایج ترین روش مورد استفاده در زیست شناسی تراریخته بوده است.با لغزش در امتداد یک منحنی یا سطح 38،40،41،42،43،44،45،46، نیم نشانه های الگو را روی هر نمونه نشان می دهد.از جمله چنین روش های برهم نهی، اکثر مطالعات GM سه بعدی از تحلیل پروکروستس تعمیم یافته، الگوریتم تکراری نزدیکترین نقطه (ICP) 47 استفاده می کنند تا امکان مقایسه مستقیم اشکال و ثبت تغییرات را فراهم کند.روش دیگر، روش نوار نازک صفحه نازک (TPS)48،49 نیز به طور گسترده ای به عنوان یک روش تبدیل غیر صلب برای نگاشت هم ترازی های نیمه لندمارک به اشکال مبتنی بر مش استفاده می شود.
با توسعه اسکنرهای سه بعدی عملی کل بدن از اواخر قرن بیستم، بسیاری از مطالعات از اسکنرهای سه بعدی کل بدن برای اندازه گیری اندازه استفاده کرده اند50،51.داده‌های اسکن برای استخراج ابعاد بدن مورد استفاده قرار گرفت، که نیاز به توصیف اشکال سطح به عنوان سطوح به جای ابرهای نقطه‌ای دارد.برازش الگو تکنیکی است که برای این منظور در زمینه گرافیک کامپیوتری توسعه یافته است، که در آن شکل یک سطح توسط یک مدل مش چند ضلعی توصیف می‌شود.اولین مرحله در تطبیق الگو، تهیه یک مدل مش برای استفاده به عنوان الگو است.برخی از رئوس که الگو را تشکیل می‌دهند، نشانه‌های شاخص هستند.سپس قالب تغییر شکل داده و با سطح منطبق می شود تا فاصله بین الگو و ابر نقطه به حداقل برسد و در عین حال ویژگی های شکل محلی الگو حفظ شود.نشانه‌ها در الگو با نشانه‌های موجود در ابر نقطه مطابقت دارند.با استفاده از برازش قالب، تمام داده های اسکن را می توان به عنوان یک مدل مش با تعداد نقاط داده یکسان و توپولوژی یکسان توصیف کرد.اگرچه همسانی دقیق فقط در موقعیت‌های شاخص وجود دارد، می‌توان فرض کرد که همسانی کلی بین مدل‌های تولید شده وجود دارد زیرا تغییرات در هندسه الگوها کم است.بنابراین، مدل‌های شبکه‌ای که با برازش قالب ایجاد می‌شوند، گاهی اوقات مدل‌های همسانی نامیده می‌شوند.مزیت اتصال قالب این است که الگو را می توان تغییر شکل داد و به قسمت های مختلف جسم مورد نظر که از نظر مکانی نزدیک به سطح هستند اما دور از آن هستند (مثلا قوس زیگوماتیک و ناحیه زمانی جمجمه) بدون تأثیر بر روی هر یک تنظیم کرد. دیگر.تغییر شکل.به این ترتیب، شابلون را می‌توان روی اشیاء انشعاب‌دار مانند بالاتنه یا بازو، در حالی که شانه در حالت ایستاده قرار دارد، محکم کرد.نقطه ضعف تطبیق قالب، هزینه محاسباتی بالاتر تکرارهای مکرر است، با این حال، به لطف بهبودهای قابل توجه در عملکرد رایانه، این دیگر مشکلی نیست.با تجزیه و تحلیل مقادیر مختصات رئوس تشکیل دهنده مدل مش با استفاده از تکنیک های تجزیه و تحلیل چند متغیره مانند تجزیه و تحلیل مؤلفه های اصلی (PCA)، امکان تجزیه و تحلیل تغییرات در کل شکل سطح و شکل مجازی در هر موقعیتی از توزیع وجود دارد.قابل دریافت است.محاسبه و تجسم53.امروزه مدل های مش تولید شده توسط برازش قالب به طور گسترده در تجزیه و تحلیل شکل در زمینه های مختلف استفاده می شود 52،54،55،56،57،58،59،60
پیشرفت‌ها در فناوری ضبط مش انعطاف‌پذیر، همراه با توسعه سریع دستگاه‌های اسکن سه بعدی قابل حمل که قادر به اسکن با وضوح، سرعت و تحرک بالاتر نسبت به CT هستند، ضبط داده‌های سطح سه‌بعدی را بدون توجه به مکان آسان‌تر می‌کند.بنابراین، در زمینه انسان‌شناسی بیولوژیکی، چنین فناوری‌های جدیدی توانایی کمی‌سازی و تجزیه و تحلیل آماری نمونه‌های انسانی از جمله نمونه‌های جمجمه را افزایش می‌دهند که هدف این مطالعه است.
به طور خلاصه، این مطالعه از فناوری مدل‌سازی همسانی سه بعدی پیشرفته بر اساس تطبیق الگو (شکل 1) برای ارزیابی 342 نمونه جمجمه انتخاب شده از 148 جمعیت در سراسر جهان از طریق مقایسه‌های جغرافیایی در سراسر جهان استفاده می‌کند.تنوع مورفولوژی جمجمه (جدول 1).برای توضیح تغییرات در مورفولوژی جمجمه، تجزیه و تحلیل PCA و مشخصه عامل گیرنده (ROC) را به مجموعه داده‌های مدل همسانی که تولید کردیم اعمال کردیم.این یافته‌ها به درک بهتر تغییرات جهانی در مورفولوژی جمجمه، از جمله الگوهای منطقه‌ای و کاهش ترتیب تغییر، تغییرات مرتبط بین بخش‌های جمجمه، و وجود روندهای آلومتریک کمک می‌کند.اگرچه این مطالعه به داده‌های متغیرهای بیرونی نشان‌داده‌شده توسط شرایط آب و هوایی یا رژیم غذایی که ممکن است بر مورفولوژی جمجمه تأثیر بگذارد، نمی‌پردازد، الگوهای جغرافیایی مورفولوژی جمجمه مستند شده در مطالعه ما به کشف عوامل محیطی، بیومکانیکی و ژنتیکی تنوع جمجمه کمک می‌کند.
جدول 2 مقادیر ویژه و ضرایب مشارکت PCA اعمال شده در مجموعه داده غیراستاندارد از 17709 راس (53127 مختصات XYZ) از 342 مدل جمجمه همولوگ را نشان می دهد.در نتیجه 14 مولفه اصلی شناسایی شد که سهم آنها در کل واریانس بیش از 1 درصد و سهم کل واریانس 83.68 درصد بود.بردارهای بارگذاری 14 مولفه اصلی در جدول تکمیلی S1 ثبت شده است و نمرات مؤلفه محاسبه شده برای 342 نمونه جمجمه در جدول تکمیلی S2 ارائه شده است.
این مطالعه نه جزء اصلی را با مشارکت بیش از 2 درصد ارزیابی کرد که برخی از آنها تنوع جغرافیایی قابل توجه و قابل توجهی را در مورفولوژی جمجمه نشان می‌دهند.شکل 2 منحنی های تولید شده از تجزیه و تحلیل ROC را برای نشان دادن مؤثرترین اجزای PCA برای توصیف یا جداسازی هر ترکیبی از نمونه ها در واحدهای جغرافیایی اصلی (مثلاً بین کشورهای آفریقایی و غیر آفریقایی) ترسیم می کند.ترکیب پلینزی به دلیل حجم نمونه کوچک مورد استفاده در این آزمون مورد آزمایش قرار نگرفت.داده های مربوط به اهمیت تفاوت ها در AUC و سایر آمارهای اساسی محاسبه شده با استفاده از تجزیه و تحلیل ROC در جدول تکمیلی S3 نشان داده شده است.
منحنی‌های ROC بر اساس یک مجموعه داده رأس متشکل از 342 مدل جمجمه همولوگ مرد، برای برآورد 9 مؤلفه اصلی اعمال شد.AUC: مساحت زیر منحنی با 0.01% معنی‌داری برای تشخیص هر ترکیب جغرافیایی از سایر ترکیبات کل استفاده می‌شود.TPF مثبت واقعی است (تبعیض موثر)، FPF مثبت کاذب است (تبعیض نامعتبر).
تفسیر منحنی ROC در زیر خلاصه می‌شود و تنها بر مؤلفه‌هایی تمرکز می‌کند که می‌توانند گروه‌های مقایسه را با داشتن AUC بزرگ یا نسبتاً بزرگ و سطح معنی‌داری بالا با احتمال زیر 0.001 متمایز کنند.مجموعه جنوب آسیا (شکل 2a)، که عمدتاً از نمونه هایی از هند تشکیل شده است، به طور قابل توجهی با سایر نمونه های ترکیبی جغرافیایی متفاوت است، زیرا جزء اول (PC1) دارای AUC قابل توجهی (0.856) در مقایسه با سایر اجزا است.یکی از ویژگی های مجموعه آفریقایی (شکل 2b) AUC نسبتاً بزرگ PC2 (0.834) است.اتریش-ملانزیایی ها (شکل 2c) روندی مشابه با آفریقایی های جنوب صحرا از طریق PC2 با AUC نسبتاً بزرگتر (0.759) نشان دادند.اروپایی ها (شکل 2d) به وضوح در ترکیب PC2 (AUC = 0.801)، PC4 (AUC = 0.719) و PC6 (AUC = 0.671) تفاوت دارند، نمونه آسیای شمال شرقی (شکل 2e) به طور قابل توجهی با PC4 متفاوت است. بیشتر از 0.714، و تفاوت با PC3 ضعیف است (AUC = 0.688).گروه‌های زیر نیز با مقادیر AUC پایین‌تر و سطوح معنی‌داری بالاتر شناسایی شدند: نتایج برای PC7 (AUC = 0.679)، PC4 (AUC = 0.654) و PC1 (AUC = 0.649) نشان داد که بومیان آمریکایی (شکل 2f) با ویژگی‌های خاص ویژگی های مرتبط با این اجزا، آسیای جنوب شرقی (شکل 2g) در PC3 (AUC = 0.660) و PC9 (AUC = 0.663) متمایز شدند، اما الگوی نمونه های خاورمیانه (شکل 2h) (از جمله شمال آفریقا) مطابقت داشت.در مقایسه با دیگران تفاوت چندانی وجود ندارد.
در مرحله بعد، برای تفسیر بصری رئوس بسیار همبسته، مناطقی از سطح با مقادیر بار بالا بیشتر از 0.45 با اطلاعات مختصات X، Y و Z رنگ می شوند، همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است. ناحیه قرمز همبستگی بالایی را با مختصات محور X که با جهت عرضی افقی مطابقت دارد.ناحیه سبز به شدت با مختصات عمودی محور Y و ناحیه آبی تیره با مختصات ساژیتال محور Z همبستگی زیادی دارد.ناحیه آبی روشن با محورهای مختصات Y و محورهای مختصات Z مرتبط است.صورتی – ناحیه مختلط مرتبط با محورهای مختصات X و Z.زرد - ناحیه مرتبط با محورهای مختصات X و Y.ناحیه سفید شامل محور مختصات X، Y و Z منعکس شده است.بنابراین، در این آستانه مقدار بار، PC 1 عمدتاً با کل سطح جمجمه مرتبط است.شکل جمجمه مجازی 3 SD در طرف مقابل این محور مؤلفه نیز در این شکل نشان داده شده است و تصاویر تابدار در ویدیوی تکمیلی S1 ارائه شده است تا به صورت بصری تأیید شود که PC1 دارای فاکتورهایی از اندازه کلی جمجمه است.
توزیع فراوانی امتیازات PC1 (منحنی تناسب طبیعی)، نقشه رنگی سطح جمجمه با رئوس PC1 همبستگی زیادی دارد (توضیح رنگ ها نسبت به بزرگی اضلاع مخالف این محور 3 SD است. مقیاس یک کره سبز با قطر است. از 50 میلی متر
شکل 3 نمودار توزیع فرکانس (منحنی برازش نرمال) امتیازات PC1 را نشان می دهد که به طور جداگانه برای 9 واحد جغرافیایی محاسبه شده است.علاوه بر برآورد منحنی ROC (شکل 2)، تخمین های آسیای جنوبی تا حدی به طور قابل توجهی به سمت چپ منحرف شده است، زیرا جمجمه آنها کوچکتر از سایر گروه های منطقه ای است.همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، این جنوب آسیایی ها نماینده گروه های قومی در هند از جمله جزایر آندامان و نیکوبار، سریلانکا و بنگلادش هستند.
ضریب ابعادی در PC1 پیدا شد.کشف مناطق بسیار مرتبط و اشکال مجازی منجر به روشن شدن عوامل شکل برای اجزای دیگر از PC1 شد.با این حال، عوامل اندازه همیشه به طور کامل حذف نمی شوند.همانطور که با مقایسه منحنی‌های ROC نشان داده شد (شکل 2)، PC2 و PC4 متمایزترین و پس از آن PC6 و PC7 بودند.PC3 و PC9 در تقسیم جمعیت نمونه به واحدهای جغرافیایی بسیار مؤثر هستند.بنابراین، این جفت محورهای مؤلفه به طور شماتیک نمودارهای پراکنده امتیازات رایانه شخصی و سطوح رنگی را که به شدت با هر مؤلفه مرتبط است، و همچنین تغییر شکل‌های شکل مجازی با ابعاد اضلاع مخالف 3 SD را به تصویر می‌کشند (شکل‌های 4، 5، 6).پوشش بدنه محدب نمونه‌ها از هر واحد جغرافیایی نشان‌داده‌شده در این قطعه‌ها تقریباً 90 درصد است، اگرچه درجاتی از همپوشانی در داخل خوشه‌ها وجود دارد.جدول 3 توضیحی در مورد هر جزء PCA ارائه می دهد.
نمودارهای پراکنده امتیازات PC2 و PC4 برای افراد جمجمه از 9 واحد جغرافیایی (بالا) و چهار واحد جغرافیایی (پایین)، نمودارهای رنگ سطح جمجمه رئوس با هر رایانه شخصی (نسبت به X، Y، Z) بسیار مرتبط است.توضیح رنگ محورها: متن را ببینید)، و تغییر شکل فرم مجازی در طرفین مقابل این محورها 3 SD است.مقیاس یک کره سبز رنگ به قطر 50 میلی متر است.
نمودارهای پراکنده امتیازات PC6 و PC7 برای افراد جمجمه از 9 واحد جغرافیایی (بالا) و دو واحد جغرافیایی (پایین)، نمودارهای رنگی سطح جمجمه برای رئوس با هر رایانه شخصی (نسبت به X، Y، Z) بسیار مرتبط است.توضیح رنگ محورها: متن را ببینید)، و تغییر شکل فرم مجازی در طرفین مقابل این محورها 3 SD است.مقیاس یک کره سبز رنگ به قطر 50 میلی متر است.
نمودارهای پراکنده امتیازات PC3 و PC9 برای افراد جمجمه از 9 واحد جغرافیایی (بالا) و سه واحد جغرافیایی (پایین)، و نمودارهای رنگی سطح جمجمه (نسبت به محورهای X، Y، Z) رئوس با هر تفسیر رنگ رایانه شخصی همبستگی زیادی دارد. : سانتی متر .متن)، و همچنین تغییر شکل شکل مجازی در طرفین مخالف این محورها با قدر 3 SD.مقیاس یک کره سبز رنگ به قطر 50 میلی متر است.
در نموداری که نمرات PC2 و PC4 را نشان می دهد (شکل 4، ویدئوهای تکمیلی S2، S3 که تصاویر تغییر شکل یافته را نشان می دهد)، نقشه رنگ سطح نیز زمانی نمایش داده می شود که آستانه مقدار بار بالاتر از 0.4 تنظیم شود، که کمتر از PC1 است، زیرا مقدار PC2 بار کل کمتر از PC1 است.
کشیده شدن لوب های پیشانی و پس سری در جهت ساژیتال در امتداد محور Z (آبی تیره) و لوب جداری در جهت تاجی (قرمز) روی صورتی)، محور Y از پس سری (سبز) و محور Z. از پیشانی (آبی تیره).این نمودار نمرات همه مردم در سراسر جهان را نشان می دهد.با این حال، زمانی که تمام نمونه‌های متشکل از تعداد زیادی گروه به طور همزمان با هم نمایش داده می‌شوند، تفسیر الگوهای پراکندگی به دلیل مقدار زیاد همپوشانی بسیار دشوار است.بنابراین، تنها از چهار واحد اصلی جغرافیایی (یعنی آفریقا، استرالیا-ملانزیا، اروپا، و آسیای شمال شرقی)، نمونه‌ها در زیر نمودار با 3 تغییر شکل جمجمه مجازی SD در این محدوده امتیازات رایانه شخصی پراکنده شده‌اند.در شکل، PC2 و PC4 جفت امتیاز هستند.آفریقایی‌ها و اتریش-ملانزیایی‌ها بیشتر همپوشانی دارند و به سمت راست پراکنده شده‌اند، در حالی که اروپایی‌ها به سمت چپ بالا پراکنده شده‌اند و آسیایی‌های شمال شرقی تمایل دارند به سمت چپ پایین خوشه شوند.محور افقی PC2 نشان می‌دهد که ملانزی‌های آفریقایی/استرالیایی نسبت به سایر افراد دارای جمجمه عصبی نسبتا طولانی‌تری هستند.PC4، که در آن ترکیبات اروپایی و شمال شرقی آسیا به راحتی از هم جدا شده‌اند، با اندازه نسبی و برآمدگی استخوان‌های زیگوماتیک و کانتور جانبی کالواریوم مرتبط است.طرح امتیازدهی نشان می‌دهد که اروپایی‌ها استخوان‌های فک بالا و زیگوماتیک نسبتاً باریک، فضای حفره گیجگاهی کوچک‌تر محدود شده توسط قوس زیگوماتیک، یک استخوان پیشانی به‌طور عمودی بالا و یک استخوان اکسیپیتال صاف و پایین دارند، در حالی که آسیایی‌های شمال شرقی تمایل دارند استخوان‌های زیگوماتیک پهن‌تر و برجسته‌تر داشته باشند. .لوب فرونتال مایل است، پایه استخوان اکسیپیتال بالا آمده است.
هنگام فوکوس روی PC6 و PC7 (شکل 5) (فیلم های تکمیلی S4، S5 که تصاویر تغییر شکل یافته را نشان می دهد)، نمودار رنگ آستانه مقدار بار را بیشتر از 0.3 نشان می دهد، که نشان می دهد PC6 با مورفولوژی فک بالا یا آلوئولار مرتبط است (قرمز: محور X و سبز).محور Y)، شکل استخوان زمانی (آبی: محورهای Y و Z) و شکل استخوان پس سری (صورتی: محورهای X و Z).علاوه بر عرض پیشانی (قرمز: محور X)، PC7 همچنین با ارتفاع آلوئول های قدامی ماگزیلاری (سبز: محور Y) و شکل سر محور Z در اطراف ناحیه پاریتوتمپورال (آبی تیره) همبستگی دارد.در پانل بالای شکل 5، تمام نمونه های جغرافیایی بر اساس امتیازات اجزای PC6 و PC7 توزیع شده اند.از آنجا که ROC نشان می دهد که PC6 دارای ویژگی های منحصر به فرد برای اروپا است و PC7 نشان دهنده ویژگی های بومی آمریکا در این تجزیه و تحلیل است، این دو نمونه منطقه ای به طور انتخابی بر روی این جفت محور جزء رسم شدند.بومیان آمریکا، اگرچه به طور گسترده در نمونه گنجانده شده اند، در گوشه سمت چپ بالا پراکنده شده اند.برعکس، بسیاری از نمونه های اروپایی تمایل دارند در گوشه پایین سمت راست قرار بگیرند.جفت PC6 و PC7 نمایانگر فرآیند آلوئولی باریک و نوروکرانیوم نسبتاً وسیع اروپایی‌ها هستند، در حالی که آمریکایی‌ها با پیشانی باریک، ماگزیلا بزرگ‌تر و فرآیند آلوئولی گسترده‌تر و بلندتر مشخص می‌شوند.
تجزیه و تحلیل ROC نشان داد که PC3 و / یا PC9 در جمعیت جنوب شرقی و شمال شرق آسیا رایج است.بر این اساس، جفت امتیاز PC3 (صورت بالایی سبز در محور y) و PC9 (صورت پایینی سبز روی محور y) (شکل 6؛ ویدیوهای تکمیلی S6، S7 تصاویر تغییر شکل داده شده را ارائه می دهند) منعکس کننده تنوع آسیای شرقی است.، که به شدت با نسبت های بالای صورت مردم شمال شرق آسیا و شکل کم صورت مردم جنوب شرقی آسیا در تضاد است.علاوه بر این ویژگی‌های صورت، یکی دیگر از ویژگی‌های برخی از مردم شمال شرق آسیا، شیب لامبدا استخوان پس سری است، در حالی که برخی از آسیای‌های جنوب شرقی قاعده جمجمه باریکی دارند.
شرح فوق از اجزای اصلی و توصیف PC5 و PC8 حذف شده است زیرا هیچ ویژگی منطقه ای خاصی در بین 9 واحد اصلی جغرافیایی یافت نشد.PC5 به اندازه فرآیند ماستوئید استخوان تمپورال اشاره دارد و PC8 نشان دهنده عدم تقارن شکل کلی جمجمه است که هر دو تغییرات موازی بین 9 ترکیب نمونه جغرافیایی را نشان می دهد.
علاوه بر نمودارهای پراکنده امتیازات PCA در سطح فردی، ما همچنین نمودارهای پراکنده میانگین گروهی را برای مقایسه کلی ارائه می دهیم.برای این منظور، یک مدل همسانی جمجمه متوسط ​​از مجموعه داده‌های راس از مدل‌های همسانی فردی از 148 گروه قومی ایجاد شد.نمودارهای دو متغیره مجموعه امتیازات برای PC2 و PC4، PC6 و PC7، و PC3 و PC9 در شکل تکمیلی S1 نشان داده شده است، که همه به عنوان میانگین مدل جمجمه برای نمونه 148 نفر محاسبه شده است.به این ترتیب، نمودارهای پراکنده تفاوت‌های فردی را در هر گروه پنهان می‌کنند و به دلیل توزیع‌های منطقه‌ای زیربنایی، امکان تفسیر واضح‌تری از شباهت‌های جمجمه را فراهم می‌کنند، جایی که الگوها با الگوهای تصویر شده در نمودارهای فردی با همپوشانی کمتر مطابقت دارند.شکل تکمیلی S2 مدل میانگین کلی را برای هر واحد جغرافیایی نشان می دهد.
علاوه بر PC1، که با اندازه کلی مرتبط بود (جدول تکمیلی S2)، روابط آلومتریک بین اندازه کلی و شکل جمجمه با استفاده از ابعاد مرکز و مجموعه‌ای از تخمین‌های PCA از داده‌های غیر عادی مورد بررسی قرار گرفت.ضرایب آلومتریک، مقادیر ثابت، مقادیر t و مقادیر P در آزمون معنی داری در جدول 4 نشان داده شده است. هیچ مولفه الگوی آلومتریک قابل توجهی مرتبط با اندازه کلی جمجمه در هیچ مورفولوژی جمجمه در سطح 05/0 > P یافت نشد.
از آنجا که ممکن است برخی از فاکتورهای اندازه در تخمین‌های رایانه شخصی بر اساس مجموعه‌های داده غیرعادی‌شده گنجانده شوند، ما روند آلومتریک بین اندازه مرکز و امتیازات رایانه شخصی محاسبه‌شده با استفاده از مجموعه‌های داده نرمال‌شده با اندازه مرکز را بیشتر بررسی کردیم (نتایج PCA و مجموعه‌های امتیاز در جداول تکمیلی S6 ارائه شده‌اند. ) .، C7).جدول 4 نتایج آنالیز آلومتریک را نشان می دهد.بنابراین، روند آلومتریک قابل توجهی در سطح 1٪ در PC6 و در سطح 5٪ در PC10 یافت شد.شکل 7 شیب های رگرسیون این روابط لاگ-خطی بین امتیازات رایانه شخصی و اندازه مرکز با آدمک (3± SD) در دو انتهای اندازه مرکز ورود به سیستم را نشان می دهد.امتیاز PC6 نسبت ارتفاع و عرض نسبی جمجمه است.با افزایش اندازه جمجمه، جمجمه و صورت بلندتر می‌شوند و پیشانی، حدقه‌های چشم و سوراخ‌های بینی از طرفی به هم نزدیک‌تر می‌شوند.الگوی پراکندگی نمونه نشان می دهد که این نسبت معمولاً در شمال شرق آسیا و بومیان آمریکا یافت می شود.علاوه بر این، PC10 یک روند به سمت کاهش متناسب در عرض میانی بدون توجه به منطقه جغرافیایی را نشان می دهد.
برای روابط آلومتریک قابل توجه ذکر شده در جدول، شیب رگرسیون لاگ خطی بین نسبت PC مولفه شکل (به دست آمده از داده های نرمال شده) و اندازه مرکز، تغییر شکل شکل مجازی دارای اندازه 3 SD در 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 جزء PCA به اندازه کلی جمجمه مربوط می شود.مدت‌ها تصور می‌شد که جمجمه‌های کوچک‌تر جنوب آسیایی‌ها، از جمله نمونه‌هایی از هند، سریلانکا و جزایر آندامان، بنگلادش، به دلیل جثه کوچک‌تر آن‌ها است که با قانون جغرافیایی بوم‌شناسی برگمان یا قانون جزیره‌ای مطابقت دارد. 27,62 .اولی مربوط به دما است و دومی به فضای موجود و منابع غذایی طاقچه اکولوژیکی بستگی دارد.در بین اجزای شکل، بیشترین تغییر نسبت طول و عرض طاق جمجمه است.این ویژگی که PC2 نامیده می‌شود، رابطه نزدیک بین جمجمه‌های دراز متناسب اتریش-ملانزیایی‌ها و آفریقایی‌ها و همچنین تفاوت‌های جمجمه کروی برخی از اروپایی‌ها و شمال شرق آسیا را توصیف می‌کند.این ویژگی ها در بسیاری از مطالعات قبلی بر اساس اندازه گیری های خطی ساده گزارش شده است37،63،64.علاوه بر این، این صفت با براکی سفالی در افراد غیر آفریقایی مرتبط است که مدتهاست در مطالعات آنتروپومتری و استئومتریک مورد بحث قرار گرفته است.فرضیه اصلی پشت این توضیح این است که کاهش جویدن، مانند نازک شدن عضله تمپورالیس، فشار روی پوست خارجی پوست سر را کاهش می دهد. 5،8،9،10،11،12،13.فرضیه دیگر شامل سازگاری با آب و هوای سرد از طریق کاهش سطح سر است که نشان می دهد طبق قوانین آلن 16،17،25، جمجمه کروی تر، سطح سطح را بهتر از شکل کروی به حداقل می رساند.بر اساس نتایج مطالعه حاضر، این فرضیه ها تنها 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 طول به عرض جمجمه به طور قابل توجهی تحت تأثیر شرایط جویدن است، زیرا بارگذاری PC2 (جزء بلند/براکی سفالیک) به طور قابل توجهی با نسبت های صورت (از جمله ابعاد نسبی فک بالا) مرتبط نبود.و فضای نسبی حفره تمپورال (منعکس کننده حجم عضله تمپورال).مطالعه فعلی ما رابطه بین شکل جمجمه و شرایط محیطی زمین‌شناسی مانند دما را تجزیه و تحلیل نکرد.با این حال، توضیحی مبتنی بر قاعده آلن ممکن است به عنوان یک فرضیه کاندید برای توضیح براکی سفالون در مناطق آب و هوایی سرد در نظر گرفته شود.
سپس تغییرات قابل توجهی در PC4 یافت شد، که نشان می‌دهد که آسیاییان شمال شرقی دارای استخوان‌های زیگوماتیک بزرگ و برجسته در فک بالا و استخوان‌های زیگوماتیک هستند.این یافته با یک ویژگی خاص شناخته شده سیبری ها مطابقت دارد، که تصور می شود با حرکت رو به جلو استخوان های زیگوماتیک با آب و هوای بسیار سرد سازگار شده اند و در نتیجه حجم سینوس ها افزایش یافته و صورت صاف تر می شود 65 .یک یافته جدید از مدل همولوگ ما این است که افتادگی گونه در اروپایی‌ها با کاهش شیب پیشانی، و همچنین استخوان‌های پس سری صاف و باریک و فرورفتگی نوکال همراه است.در مقابل، مردم شمال شرق آسیا تمایل دارند پیشانی شیب دار و نواحی پس سری برجسته داشته باشند.مطالعات روی استخوان پس سری با استفاده از روش‌های مورفومتریک هندسی نشان داده است که جمجمه‌های آسیایی و اروپایی در مقایسه با آفریقایی‌ها دارای انحنای نوکال صاف‌تر و موقعیت اکسی‌پوت پایین‌تری هستند.با این حال، نمودارهای پراکندگی ما از جفت‌های PC2 و PC4 و PC3 و PC9 در آسیایی‌ها تنوع بیشتری را نشان می‌دهند، در حالی که اروپایی‌ها با پایه صاف اکسی‌پوت و پس‌سر پایین‌تر مشخص می‌شوند.ناسازگاری در ویژگی های 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 شرق و جنوب شرق آسیا نمونه برداری کردیم.تغییرات در شکل استخوان پس سری اغلب با رشد عضلات همراه است.با این حال، این توضیح تطبیقی ​​برای همبستگی بین شکل پیشانی و اکسیپوت، که در این مطالعه نشان داده شد، اما بعید است که به طور کامل نشان داده شده باشد، توضیح نمی دهد.در این راستا توجه به رابطه بین تعادل وزن بدن و مرکز ثقل یا محل اتصال دهانه رحم (فورامن مگنوم) یا عوامل دیگر قابل توجه است.
یکی دیگر از اجزای مهم با تنوع زیاد مربوط به توسعه دستگاه جونده است که توسط حفره های فک بالا و گیجگاهی نشان داده می شود که با ترکیبی از امتیازات PC6، PC7 و PC4 توصیف می شود.این کاهش قابل توجه در بخش های جمجمه افراد اروپایی را بیش از هر گروه جغرافیایی دیگر مشخص می کند.این ویژگی در نتیجه کاهش پایداری مورفولوژی صورت به دلیل توسعه اولیه تکنیک‌های کشاورزی و تهیه غذا تفسیر شده است که به نوبه خود بار مکانیکی روی دستگاه جونده را بدون دستگاه جونده قدرتمند کاهش می‌دهد.با توجه به فرضیه عملکرد جونده، 28 این با تغییر در خم شدن قاعده جمجمه به یک زاویه جمجمه حادتر و سقف جمجمه کروی تر همراه است.از این منظر، جمعیت های کشاورزی تمایل به داشتن صورت های فشرده، 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 اندام های جونده کاهش یافته توضیح داد.با این حال، با توجه به این مطالعه، این تفسیر پیچیده است، زیرا اهمیت عملکردی رابطه مورفولوژیکی بین نوروکرانیوم کروی و توسعه دستگاه جونده، همانطور که در تفاسیر قبلی PC2 در نظر گرفته شد، کمتر قابل قبول است.
تفاوت بین شمال شرق آسیا و جنوب شرق آسیا با تضاد بین صورت بلند با استخوان اکسیپیتال شیبدار و صورت کوتاه با پایه جمجمه باریک، همانطور که در PC3 و PC9 نشان داده شده است، نشان داده می شود.به دلیل کمبود داده های زمین شناسی، مطالعه ما تنها توضیح محدودی برای این یافته ارائه می دهد.توضیح احتمالی سازگاری با آب و هوا یا شرایط تغذیه ای متفاوت است.علاوه بر سازگاری اکولوژیکی، تفاوت‌های محلی در تاریخ جمعیت در شمال شرق و جنوب شرق آسیا نیز در نظر گرفته شد.به عنوان مثال، در شرق اوراسیا، یک مدل دو لایه برای درک پراکندگی انسان‌های مدرن آناتومیکی (AMH) بر اساس داده‌های مورفومتریک جمجمه فرض شده است.بر اساس این مدل، «لایه اول»، یعنی گروه‌های اولیه استعمارگران AMH در اواخر پلیستوسن، کم و بیش مستقیم از ساکنان بومی منطقه، مانند اتریش-ملانزیای مدرن (ص. طبقه اول) تبار داشتند.و بعدها اختلاط گسترده مردم کشاورزی شمال با خصوصیات شمال شرقی آسیا (لایه دوم) را در منطقه (حدود 4000 سال پیش) تجربه کرد.با توجه به اینکه شکل جمجمه جنوب شرقی آسیا ممکن است تا حدی به وراثت ژنتیکی سطح اول محلی بستگی داشته باشد، جریان ژنی که با استفاده از یک مدل "دو لایه" ترسیم شده است، برای درک شکل جمجمه آسیای جنوب شرقی مورد نیاز است.
با ارزیابی شباهت جمجمه با استفاده از واحدهای جغرافیایی نقشه‌برداری شده با استفاده از مدل‌های همولوگ، می‌توانیم تاریخچه جمعیت زیربنایی AMF را در سناریوهای خارج از آفریقا استنباط کنیم.بسیاری از مدل‌های مختلف «خارج از آفریقا» برای توضیح توزیع AMF بر اساس داده‌های اسکلتی و ژنومی پیشنهاد شده‌اند.از این میان، مطالعات اخیر نشان می دهد که استعمار AMH در مناطق خارج از آفریقا تقریباً 177000 سال پیش آغاز شده است.با این حال، توزیع AMF از راه دور در اوراسیا در این دوره نامشخص است، زیرا زیستگاه این فسیل های اولیه به خاورمیانه و مدیترانه نزدیک آفریقا محدود شده است.ساده ترین مورد، یک سکونتگاه واحد در امتداد مسیر مهاجرت از آفریقا به اوراسیا است که موانع جغرافیایی مانند هیمالیا را دور می زند.مدل دیگری امواج متعدد مهاجرت را پیشنهاد می‌کند که اولین موج از آفریقا در امتداد سواحل اقیانوس هند به آسیای جنوب شرقی و استرالیا گسترش یافته و سپس به شمال اوراسیا گسترش یافته است.اکثر این مطالعات تایید می کنند که AMF در حدود 60000 سال پیش بسیار فراتر از آفریقا گسترش یافته است.از این نظر، نمونه‌های استرالیایی-ملانیزی (از جمله پاپوآ) شباهت بیشتری به نمونه‌های آفریقایی نسبت به هر سری جغرافیایی دیگر در تحلیل مولفه‌های اصلی مدل‌های همسانی نشان می‌دهند.این یافته از این فرضیه حمایت می کند که اولین گروه های توزیع AMF در امتداد لبه جنوبی اوراسیا مستقیماً در آفریقا 22،68 بدون تغییرات مورفولوژیکی قابل توجه در پاسخ به آب و هوای خاص یا سایر شرایط مهم ایجاد شدند.
با توجه به رشد آلومتریک، تجزیه و تحلیل با استفاده از مولفه‌های شکل مشتق‌شده از مجموعه داده‌های مختلف نرمال‌شده با اندازه مرکز، روند آلومتریک قابل‌توجهی را در PC6 و PC10 نشان داد.هر دو جزء مربوط به شکل پیشانی و قسمت‌هایی از صورت هستند که با افزایش اندازه جمجمه باریک‌تر می‌شوند.آسیایی‌های شمال شرقی و آمریکایی‌ها این ویژگی را دارند و جمجمه نسبتا بزرگی دارند.این یافته با الگوهای آلومتریک گزارش‌شده قبلی که در آن مغزهای بزرگ‌تر دارای لوب‌های فرونتال نسبتاً گسترده‌تر در ناحیه موسوم به «کلاه بروکا» هستند که منجر به افزایش عرض لوب فرونتال می‌شود، تناقض دارد.این تفاوت ها با تفاوت در مجموعه های نمونه توضیح داده می شود.مطالعه ما الگوهای آلومتریک اندازه کلی جمجمه را با استفاده از جمعیت‌های مدرن مورد تجزیه و تحلیل قرار داد و مطالعات مقایسه‌ای به روندهای بلندمدت در تکامل انسان مرتبط با اندازه مغز می‌پردازد.
در مورد آلومتری صورت، یک مطالعه با استفاده از داده‌های بیومتریک نشان داد که شکل و اندازه صورت ممکن است کمی همبستگی داشته باشند، در حالی که مطالعه ما نشان داد که جمجمه‌های بزرگ‌تر تمایل دارند با صورت‌های بلندتر و باریک‌تر ارتباط داشته باشند.با این حال، سازگاری داده های بیومتریک نامشخص است.آزمون‌های رگرسیون که آلومتری انتوژنتیک و آلومتری استاتیک را مقایسه می‌کنند نتایج متفاوتی را نشان می‌دهند.تمایل آلومتریک به شکل جمجمه کروی به دلیل افزایش قد 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 ارتباط بین نسبت های کروی جمجمه و اندازه کلی جمجمه فی نفسه را نشان دهد.
اگرچه مطالعه فعلی ما با داده‌های مربوط به متغیرهای بیرونی نشان‌داده‌شده توسط شرایط آب و هوایی یا رژیم غذایی که احتمالاً مورفولوژی جمجمه را تحت تأثیر قرار می‌دهند، سروکار ندارد، مجموعه داده‌های بزرگ مدل‌های سطح جمجمه سه بعدی همولوگ مورد استفاده در این مطالعه به ارزیابی تنوع مورفولوژیکی فنوتیپی مرتبط کمک می‌کند.عوامل محیطی مانند رژیم غذایی، آب و هوا و شرایط تغذیه 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 بود (جدول 1).بیشتر گروه‌ها از نظر جغرافیایی نمونه‌های بومی هستند، در حالی که برخی از گروه‌ها در آفریقا، آسیای شمال شرقی/جنوب شرقی و آمریکا (که با حروف مورب ذکر شده‌اند) از نظر قومی تعریف شده‌اند.بسیاری از نمونه های جمجمه از پایگاه داده اندازه گیری جمجمه بر اساس تعریف اندازه گیری جمجمه مارتین ارائه شده توسط Tsunehiko Hanihara انتخاب شدند.ما جمجمه های مردانه را از تمام گروه های قومی در جهان انتخاب کردیم.برای شناسایی اعضای هر گروه، ما فواصل اقلیدسی را بر اساس 37 اندازه گیری جمجمه از میانگین گروه برای همه افراد متعلق به آن گروه محاسبه کردیم.در بیشتر موارد، ما 1 تا 4 نمونه را با کمترین فاصله از میانگین انتخاب کردیم (جدول تکمیلی S4).برای این گروه ها، برخی از نمونه ها در صورتی که در پایگاه داده اندازه گیری هاهارا فهرست نشده بودند، به طور تصادفی انتخاب شدند.
برای مقایسه آماری، 148 نمونه جمعیت در واحدهای جغرافیایی اصلی گروه بندی شدند، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است. گروه "آفریقایی" فقط شامل نمونه هایی از منطقه جنوب صحرا است.نمونه هایی از شمال آفریقا به همراه نمونه هایی از غرب آسیا با شرایط مشابه در "خاور میانه" قرار گرفتند.گروه شمال شرق آسیا فقط شامل افراد غیر اروپایی تبار و گروه آمریکایی فقط بومیان آمریکا را شامل می شود.به طور خاص، این گروه در محدوده وسیعی از قاره های آمریکای شمالی و جنوبی، در محیط های بسیار متنوعی توزیع شده است.با این حال، ما نمونه ایالات متحده را در این واحد جغرافیایی واحد در نظر می گیریم، با توجه به تاریخچه جمعیتی بومیان آمریکایی که منشأ شمال شرق آسیا در نظر گرفته می شود، صرف نظر از مهاجرت های متعدد 80 .
ما داده‌های سطح سه‌بعدی این نمونه‌های جمجمه متضاد را با استفاده از یک اسکنر سه‌بعدی با وضوح بالا (EinScan Pro توسط Shining 3D Co Ltd، حداقل وضوح: 0.5 میلی‌متر، https://www.shining3d.com/) ضبط کردیم و سپس یک مش تولید کردیم.مدل مش تقریباً از 200000 تا 400000 راس تشکیل شده است و نرم افزار موجود برای پر کردن سوراخ ها و لبه های صاف استفاده می شود.
در مرحله اول، از داده‌های اسکن از هر جمجمه برای ایجاد یک مدل جمجمه مش تک الگو متشکل از 4485 راس (8728 وجه چند ضلعی) استفاده کردیم.قاعده ناحیه جمجمه شامل استخوان اسفنوئید، استخوان تمپورال پتروس، کام، آلوئول های فک بالا و دندان ها از مدل مش قالب حذف شد.دلیل این امر این است که گاهی اوقات این ساختارها به دلیل قطعات تیز نازک یا نازک مانند سطوح ناخنک و فرآیندهای استیلوئیدی، سایش دندان و/یا مجموعه ای ناسازگار از دندان ها ناقص یا دشوار می شوند.قاعده جمجمه در اطراف فورامن مگنوم، از جمله قاعده، برداشته نشد، زیرا این محل از نظر آناتومیکی برای محل مفاصل گردنی مهم است و ارتفاع جمجمه باید ارزیابی شود.از حلقه های آینه ای برای ایجاد یک الگوی متقارن در دو طرف استفاده کنید.برای تبدیل اشکال چند ضلعی تا حد امکان متساوی الاضلاع، مش بندی همسانگرد را انجام دهید.
سپس با استفاده از نرم افزار HBM-Rugle، 56 نشانه به رئوس مربوط به آناتومیک مدل الگو اختصاص داده شد.تنظیمات لندمارک دقت و پایداری موقعیت یابی نقطه عطف را تضمین می کند و همسانی این مکان ها را در مدل همسانی تولید شده تضمین می کند.همانطور که در جدول تکمیلی S5 و شکل تکمیلی S3 نشان داده شده است، می توان آنها را بر اساس ویژگی های خاص آنها شناسایی کرد.طبق تعریف بوکشتاین81، بیشتر این نشانه‌ها، نشانه‌های نوع اول هستند که در تقاطع سه سازه قرار دارند و برخی نیز نشانه‌های نوع دوم با نقاط حداکثر انحنا هستند.بسیاری از نشانه‌ها از نقاط تعریف‌شده برای اندازه‌گیری‌های جمجمه خطی در تعریف مارتین 36 منتقل شدند. ما همان 56 نشانه را برای مدل‌های اسکن‌شده از 342 نمونه جمجمه تعریف کردیم، که به‌صورت دستی به رئوس متناظر آناتومیک برای تولید مدل‌های همسانی دقیق‌تر در بخش بعدی اختصاص داده شد.
یک سیستم مختصات سرمرکز برای توصیف داده‌های اسکن و الگو، همانطور که در شکل تکمیلی S4 نشان داده شده است، تعریف شد.صفحه XZ صفحه افقی فرانکفورت است که از بالاترین نقطه (تعریف مارتین: بخشی) لبه فوقانی مجرای شنوایی خارجی چپ و راست و پایین ترین نقطه (تعریف مارتین: مدار) از لبه پایینی مدار چپ می گذرد. ..محور X خطی است که سمت چپ و راست را به هم متصل می کند و X+ سمت راست است.هواپیمای YZ از وسط قسمت های چپ و راست و ریشه بینی عبور می کند: Y+ بالا، Z+ به جلو.نقطه مرجع (مبدا: مختصات صفر) در تقاطع صفحه YZ (سطح میانی)، صفحه XZ (صفحه فرانکفورت) و صفحه XY (صفحه تاج) تنظیم می شود.
ما از نرم افزار HBM-Rugle (Medic Engineering، Kyoto، http://www.rugle.co.jp/) برای ایجاد یک مدل مش همولوگ با انجام برازش الگو با استفاده از 56 نقطه برجسته (سمت چپ شکل 1) استفاده کردیم.جزء نرم افزار اصلی، که در اصل توسط مرکز تحقیقات انسانی دیجیتال در مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته صنعتی در ژاپن توسعه یافته است، HBM نام دارد و دارای عملکردهایی برای نصب الگوها با استفاده از نشانه ها و ایجاد مدل های مش ظریف با استفاده از سطوح پارتیشن بندی است.نسخه نرم‌افزار بعدی (mHBM) 83 یک ویژگی را برای برازش الگوی بدون نشانه‌ها اضافه کرد تا عملکرد اتصال را بهبود بخشد.HBM-Rugle نرم افزار mHBM را با ویژگی های کاربر پسند اضافی از جمله سفارشی کردن سیستم های مختصات و تغییر اندازه داده های ورودی ترکیب می کند.قابلیت اطمینان صحت برازش نرم افزار در مطالعات متعددی تأیید شده است 52،54،55،56،57،58،59،60.
هنگام نصب یک الگوی HBM-Rugle با استفاده از نشانه‌ها، مدل مش الگو با ثبت صلب بر اساس فناوری ICP (به حداقل رساندن مجموع فواصل بین نشانه‌های مربوط به الگو و داده‌های اسکن هدف) روی داده‌های اسکن هدف قرار می‌گیرد. سپس با تغییر شکل غیر صلب مش، الگو را با داده های اسکن هدف تطبیق می دهد.این فرآیند برازش سه بار با استفاده از مقادیر مختلف دو پارامتر فیتینگ برای بهبود دقت اتصال تکرار شد.یکی از این پارامترها فاصله بین مدل شبکه قالب و داده های اسکن هدف را محدود می کند و دیگری فاصله بین نشانه های الگو و نشانه های هدف را جریمه می کند.سپس مدل مش قالب تغییر شکل یافته با استفاده از الگوریتم تقسیم سطح چرخه ای 82 برای ایجاد یک مدل مش تصفیه شده تری متشکل از 17709 راس (34928 چند ضلعی) تقسیم شد.در نهایت، مدل شبکه قالب پارتیشن بندی شده با داده های اسکن هدف برای تولید یک مدل همسانی مناسب است.از آنجایی که مکان‌های شاخص کمی متفاوت از مکان‌های موجود در داده‌های اسکن هدف هستند، مدل همسانی برای توصیف آن‌ها با استفاده از سیستم مختصات جهت‌گیری سر که در بخش قبل توضیح داده شد، به خوبی تنظیم شد.میانگین فاصله بین نشانه های مدل همولوگ مربوطه و داده های اسکن هدف در همه نمونه ها <0.01 میلی متر بود.محاسبه شده با استفاده از تابع HBM-Rugle، میانگین فاصله بین نقاط داده مدل همسانی و داده های اسکن هدف 0.322 میلی متر بود (جدول تکمیلی S2).
برای توضیح تغییرات در مورفولوژی جمجمه، 17709 راس (53127 مختصات XYZ) از همه مدل‌های همولوگ با استفاده از نرم‌افزار HBS ایجاد شده توسط مرکز علوم انسانی دیجیتال در مؤسسه علوم و فناوری پیشرفته صنعتی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.، ژاپن (فروشنده توزیع: مهندسی پزشکی، کیوتو، http://www.rugle.co.jp/).سپس سعی کردیم PCA را به مجموعه داده های غیرعادی شده اعمال کنیم و مجموعه داده ها با اندازه مرکزی نرمال شوند.بنابراین، PCA مبتنی بر داده‌های غیر استاندارد می‌تواند شکل جمجمه 9 واحد جغرافیایی را با وضوح بیشتری مشخص کند و تفسیر مؤلفه را نسبت به PCA با استفاده از داده‌های استاندارد شده تسهیل کند.
این مقاله تعداد مؤلفه‌های اصلی شناسایی شده را با سهم بیش از 1 درصد از واریانس کل ارائه می‌کند.برای تعیین مؤلفه‌های اصلی مؤثرترین در تمایز گروه‌ها در واحدهای اصلی جغرافیایی، تجزیه و تحلیل مشخصه عملیاتی گیرنده (ROC) برای امتیازات مؤلفه اصلی (PC) با سهمی بیش از 2 درصد اعمال شد.این تجزیه و تحلیل یک منحنی احتمال برای هر جزء PCA ایجاد می کند تا عملکرد طبقه بندی را بهبود بخشد و نمودارها را به درستی بین گروه های جغرافیایی مقایسه کند.درجه قدرت تمایز را می توان با ناحیه زیر منحنی (AUC) ارزیابی کرد، جایی که اجزای PCA با مقادیر بزرگتر بهتر می توانند بین گروه ها تمایز قائل شوند.سپس آزمون کای اسکوئر برای ارزیابی سطح معنی داری انجام شد.تجزیه و تحلیل ROC در مایکروسافت اکسل با استفاده از نرم افزار Bell Curve for Excel (نسخه 3.21) انجام شد.
برای تجسم تفاوت‌های جغرافیایی در مورفولوژی جمجمه، نمودارهای پراکنده با استفاده از نمرات رایانه شخصی ایجاد شد که به طور مؤثر گروه‌ها را از واحدهای جغرافیایی اصلی متمایز می‌کرد.برای تفسیر اجزای اصلی، از نقشه رنگی برای تجسم رئوس مدل استفاده کنید که همبستگی بالایی با اجزای اصلی دارند.علاوه بر این، نمایش مجازی انتهای محورهای مؤلفه اصلی واقع در 3± انحراف استاندارد (SD) نمرات مؤلفه اصلی محاسبه و در ویدیوی تکمیلی ارائه شد.
آلومتری برای تعیین رابطه بین عوامل شکل جمجمه و اندازه ارزیابی شده در تجزیه و تحلیل PCA استفاده شد.تجزیه و تحلیل برای اجزای اصلی با مشارکت بیش از 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 نرمال نشده همه عوامل ابعادی را حذف نمی کند.علاوه بر استفاده از مجموعه داده‌های غیر عادی، ما همچنین روندهای آلومتریک را با استفاده از مجموعه‌های کسر PC بر اساس داده‌های اندازه مرکز عادی اعمال شده به اجزای اصلی با مشارکت بیش از 1% تجزیه و تحلیل کردیم.
روندهای آلومتریک با استفاده از معادله Y = aXb 85 مورد آزمایش قرار گرفتند که در آن Y شکل یا نسبت یک جزء شکل است، X اندازه مرکز (جدول S2 تکمیلی)، a یک مقدار ثابت و b ضریب آلومتریک است.این روش اساساً مطالعات رشد آلومتریک را وارد مورفومتری هندسی می‌کند78،86.تبدیل لگاریتمی این فرمول به صورت زیر است: log Y = b × log X + log a.برای محاسبه a و b از تحلیل رگرسیون با استفاده از روش حداقل مربعات استفاده شد.وقتی Y (اندازه مرکز) و X (نمرات PC) به صورت لگاریتمی تبدیل می شوند، این مقادیر باید مثبت باشند.با این حال، مجموعه ای از تخمین ها برای X حاوی مقادیر منفی است.به عنوان راه حل، ما گرد کردن را به مقدار مطلق کوچکترین کسر به اضافه 1 برای هر کسری در هر جزء اضافه کردیم و یک تبدیل لگاریتمی را برای همه کسرهای مثبت تبدیل شده اعمال کردیم.معنی داری ضرایب آلومتریک با استفاده از آزمون t دانشجوی دو طرفه ارزیابی شد.این محاسبات آماری برای آزمایش رشد آلومتریک با استفاده از Bell Curves در نرم افزار Excel (نسخه 3.21) انجام شد.
Wolpoff، MH اثرات آب و هوایی بر روی سوراخ های بینی اسکلت.آره.J. Phys.بشریت.29، 405-423.https://doi.org/10.1002/ajpa.1330290315 (1968).
Beals، KL شکل سر و استرس آب و هوایی.آره.J. Phys.بشریت.37، 85-92.https://doi.org/10.1002/ajpa.1330370111 (1972).