Merci fir Äre Besuch op Nature.com. D'Versioun vum Browser, déi Dir benotzt, huet limitéiert CSS-Ënnerstëtzung. Fir déi bescht Resultater empfeele mir Iech eng méi nei Versioun vun Ärem Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten). An der Zwëschenzäit, fir déi weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir d'Websäit ouni Styling oder JavaScript.
Dës Studie huet déi regional Diversitéit an der mënschlecher Schädelmorphologie mat Hëllef vun engem geometreschen Homologiemodell baséiert op Scandaten vun 148 ethnesche Gruppen weltwäit evaluéiert. Dës Method benotzt Template-Fitting-Technologie fir homolog Meshes ze generéieren andeems net-rigid Transformatiounen mat engem iterativen Noosten-Punkt-Algorithmus duerchgefouert ginn. Duerch d'Applikatioun vun der Haaptkomponentenanalyse op déi 342 ausgewielten homolog Modeller gouf déi gréisst Ännerung an der Gesamtgréisst fir e klenge Schädel aus Südasien fonnt a kloer bestätegt. Den zweetgréissten Ënnerscheed ass d'Längt-Breet-Verhältnis vum Neurokranium, wat de Kontrast tëscht de verlängerte Schädel vun Afrikaner an de konvexe Schädel vun Nordostasien weist. Et ass derwäert ze bemierken, datt dësen Zutat wéineg mat der Gesiichtskonturéierung ze dinn huet. Bekannt Gesiichtsmerkmale wéi erausstinnend Wangen bei Nordostasien a kompakt Maxillarknochen bei Europäer goufen nei bestätegt. Dës Gesiichtsännerunge si enk mat der Kontur vum Schädel verbonnen, besonnesch dem Grad vun der Inklinatioun vun de Frontal- a Okzipitalknochen. Allometresch Mustere goufen a Gesiichtsproportiounen am Verhältnes zu der Gesamtschädelgréisst fonnt; Bei gréissere Schädelen tendéieren d'Gesiichtskonturen méi laang a méi schmuel ze sinn, wéi bei ville Ureinwohner vun Amerika an Nordostasien nogewise gouf. Och wann eis Studie keng Donnéeën iwwer Ëmweltvariablen enthält huet, déi d'Schädelmorphologie beaflosse kënnen, wéi zum Beispill Klima oder Ernärungsbedingungen, wäert e grousse Datesaz vun homologen Schädelmuster nëtzlech sinn fir verschidden Erklärungen fir skelettphenotypesch Charakteristiken ze sichen.
Geographesch Ënnerscheeder an der Form vum mënschleche Schädel gi scho laang ënnersicht. Vill Fuerscher hunn d'Diversitéit vun der Ëmweltadaptatioun an/oder der natierlecher Selektioun ënnersicht, besonnesch klimatesch Faktoren1,2,3,4,5,6,7 oder der Kaufunktioun ofhängeg vun den Ernärungsbedingungen5,8,9,10,11,12.13. Zousätzlech hunn sech e puer Studien op Engpässe-Effekter, genetesch Drift, Genfluss oder stochastesch Evolutiounsprozesser konzentréiert, déi duerch neutral Genmutatiounen verursaacht ginn14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Zum Beispill gouf déi sphäresch Form vun engem méi breede a méi kuerze Schädelgewëllef als eng Adaptatioun un de Selektivdrock no der Allen-Regel24 erkläert, déi postuléiert, datt Mamendéieren de Wärmeverloscht miniméieren, andeems se d'Kierperuewerfläch am Verhältnes zum Volumen reduzéieren2,4,16,17,25. Zousätzlech hunn e puer Studien, déi d'Bergmann-Regel26 benotzt hunn, d'Bezéiung tëscht Schädelgréisst an Temperatur3,5,16,25,27 erkläert, wat drop hiweist, datt d'Gesamtgréisst a méi kale Regiounen éischter méi grouss ass, fir Hëtztverloscht ze vermeiden. Den mechanisteschen Afloss vum Kaudrock op de Wuesstumsmuster vum Schädelgewëllef an de Gesiichtsknochen gouf a Bezuch op d'Ernährungsbedingungen diskutéiert, déi aus der kulinarescher Kultur oder den Ënnerscheeder an der Existenz tëscht Baueren a Jeeër-Sammler resultéieren8,9,11,12,28. Déi allgemeng Erklärung ass, datt e reduzéierte Kaudrock d'Häert vun de Gesiichtsknochen a Muskelen reduzéiert. Verschidde global Studien hunn d'Diversitéit vun der Schädelform haaptsächlech mat de phenotypesche Konsequenze vun der neutraler genetescher Distanz anstatt mat der Ëmweltadaptatioun21,29,30,31,32 a Verbindung bruecht. Eng aner Erklärung fir Ännerungen an der Schädelform baséiert op dem Konzept vum isometreschen oder allometresche Wuesstum6,33,34,35. Zum Beispill hunn méi grouss Gehirer éischter relativ méi breet Frontallappen an der sougenannter "Broca-Kapp"-Regioun, an d'Breet vun de Frontallappen hëlt zou, en evolutive Prozess, deen op engem allometresche Wuesstum baséiert. Zousätzlech huet eng Studie, déi laangfristeg Ännerungen an der Schädelform ënnersicht huet, eng allometresch Tendenz zu Brachyzephalie (d'Tendenz vum Schädel méi sphäresch ze ginn) mat zouhuelender Héicht festgestallt33.
Eng laang Geschicht vun der Fuerschung iwwer Schädelmorphologie enthält Versich, déi zugronnleeënd Faktoren z'identifizéieren, déi fir verschidden Aspekter vun der Diversitéit vu Schädelformen verantwortlech sinn. Traditionell Methoden, déi a ville fréie Studien benotzt goufen, baséieren op bivariate lineare Miessdaten, dacks mat Martin- oder Howell-Definitiounen36,37. Gläichzäiteg hunn vill vun den uewe genannten Studien méi fortgeschratt Methoden op Basis vun der raimlecher 3D-geometrescher Morphometrie (GM) Technologie benotzt5,7,10,11,12,13,17,20,27,34,35,38. 39. Zum Beispill ass d'Sliding Semilandmark Method, baséiert op der Minimiséierung vun der Biegerenergie, déi am meeschte verbreet Method an der transgener Biologie. Si projizéiert Semi-Landmarks vun der Schabloun op all Prouf andeems se laanscht eng Kurv oder Uewerfläch rutscht38,40,41,42,43,44,45,46. Inklusiv sou Superpositiounsmethoden benotzen déi meescht 3D GM-Studien déi generaliséiert Procrustes-Analyse, den iterativen Noostenpunkt (ICP) Algorithmus 47, fir en direkten Verglach vu Formen an d'Erfassung vun Ännerungen z'erméiglechen. Alternativ gëtt d'Thin-Plate Spline (TPS) 48,49 Method och wäit verbreet als net-starr Transformatiounsmethod fir d'Ofbildung vu Semilandmark-Alignmenter op Mesh-baséiert Formen.
Mat der Entwécklung vu prakteschen 3D-Ganzkierperscanner zënter dem Enn vum 20. Joerhonnert hunn vill Studien 3D-Ganzkierperscanner fir Gréisstmiessunge benotzt50,51. Scandaten goufen benotzt fir Kierperdimensiounen ze extrahéieren, wat d'Beschreiwung vun Uewerflächeformen als Uewerflächen anstatt Punktwolleken erfuerdert. Musteranpassung ass eng Technik, déi fir dësen Zweck am Beräich vun der Computergrafik entwéckelt gouf, wou d'Form vun enger Uewerfläch duerch e polygonalt Mesh-Modell beschriwwe gëtt. Den éischte Schrëtt beim Musteranpassung ass d'Virbereedung vun engem Mesh-Modell fir als Schabloun ze benotzen. E puer vun de Scheitelpunkten, déi d'Muster ausmaachen, si Landmarken. D'Schabloun gëtt dann deforméiert a sech un d'Uewerfläch upasst fir den Ofstand tëscht der Schabloun an der Punktwollek ze minimiséieren, wärend déi lokal Formmerkmale vun der Schabloun erhale bleiwen. Landmarken an der Schabloun entspriechen de Landmarken an der Punktwollek. Mat Hëllef vum Templateanpassung kënnen all Scandaten als Mesh-Modell mat der selwechter Unzuel vun Datenpunkten an der selwechter Topologie beschriwwe ginn. Och wann et nëmmen an de Landmarkpositioune eng präzis Homologie gëtt, kann een dovun ausgoen, datt et eng allgemeng Homologie tëscht de generéierte Modeller gëtt, well d'Ännerungen an der Geometrie vun de Schablounen kleng sinn. Dofir ginn Rastermodeller, déi duerch Template Fitting erstallt ginn, heiansdo Homologiemodeller genannt52. De Virdeel vun der Template Fitting ass, datt d'Schabloun deforméiert a kann un verschidden Deeler vum Zilobjekt ugepasst ginn, déi raimlech no bei der Uewerfläch sinn, awer wäit dovun ewech (zum Beispill den Zygomatikbogen an d'Temporalregioun vum Schädel), ouni sech géigesäiteg ze beaflossen. Op dës Manéier kann d'Schabloun un verzweigenden Objeten wéi den Torso oder den Aarm befestegt ginn, mat der Schëller an enger stänneger Positioun. Den Nodeel vun der Template Fitting sinn déi méi héich Berechnungskäschte vun widderholl Iteratiounen, awer dank bedeitende Verbesserungen an der Computerleistung ass dat kee Problem méi. Duerch d'Analyse vun de Koordinatewäerter vun de Scheiwen, déi de Mesh-Modell ausmaachen, mat multivariate Analysetechniken wéi der Haaptkomponentenanalyse (PCA), ass et méiglech, Ännerungen an der ganzer Uewerflächenform an der virtueller Form op all Positioun an der Verdeelung ze analyséieren. Berechent a visualiséiert53. Hautdesdaags gi Mesh-Modeller, déi duerch Template Fitting generéiert ginn, wäit verbreet an der Formanalyse a verschiddene Beräicher52,54,55,56,57,58,59,60 benotzt.
Fortschrëtter an der Technologie vun der flexibeler Mesh-Opnam, zesumme mat der schneller Entwécklung vu portablen 3D-Scanner, déi mat enger méi héijer Opléisung, Geschwindegkeet a Mobilitéit wéi CT scanne kënnen, maachen et méi einfach, 3D-Uewerflächendaten opzehuelen, onofhängeg vum Standuert. Dofir verbesseren esou nei Technologien am Beräich vun der biologescher Anthropologie d'Fäegkeet, mënschlech Proben, dorënner Schädelproben, ze quantifizéieren an statistesch z'analyséieren, wat den Zweck vun dëser Studie ass.
Zesummegefaasst benotzt dës Studie fortgeschratt 3D-Homologie-Modelléierungstechnologie baséiert op Template-Matching (Figur 1), fir 342 Schädelprouwen ze evaluéieren, déi aus 148 Populatiounen weltwäit duerch geografesch Vergläicher weltwäit ausgewielt goufen. Diversitéit vun der Schädelmorphologie (Tabell 1). Fir Ännerungen an der Schädelmorphologie ze berücksichtegen, hu mir PCA- an ROC-Analysen (Receiver Operating Characteristic) op den Datesaz vum Homologiemodell ugewannt, deen mir generéiert hunn. D'Resultater wäerten zu engem bessere Verständnis vun de globale Verännerungen an der Schädelmorphologie bäidroen, dorënner regional Musteren an ofhuelend Uerdnung vun der Ännerung, korreléiert Ännerungen tëscht Schädelsegmenter an d'Präsenz vun allometreschen Trends. Och wann dës Studie keng Donnéeën iwwer extrinsesch Variablen behandelt, déi duerch Klima- oder Ernärungsbedingungen duergestallt ginn, déi d'Schädelmorphologie beaflosse kënnen, wäerten déi geographesch Mustere vun der Schädelmorphologie, déi an eiser Studie dokumentéiert sinn, hëllefen, d'Ëmwelt-, biomechanesch a genetesch Faktoren vun der Schädelvariatioun z'ënnersichen.
Tabelle 2 weist d'Eegewäerter an d'PCA-Bäitragskoeffizienten, déi op en netstandardiséierten Datesaz vun 17.709 Scheitelpunkten (53.127 XYZ-Koordinaten) vun 342 homologen Schädelmodeller ugewannt goufen. Als Resultat goufen 14 Haaptkomponenten identifizéiert, deenen hire Bäitrag zu der Gesamtvarianz méi wéi 1% war, an den Gesamtundeel vun der Varianz 83,68%. D'Ladevektoren vun den 14 Haaptkomponenten sinn an der Ergänzungstabell S1 opgeholl, an d'Komponentewäerter, déi fir déi 342 Schädelproben berechent goufen, sinn an der Ergänzungstabell S2 presentéiert.
Dës Studie huet néng Haaptkomponenten mat Bäiträg vu méi wéi 2% ënnersicht, vun deenen e puer substantiell a bedeitend geografesch Variatiounen an der Schädelmorphologie weisen. Figur 2 weist Kurven, déi aus der ROC-Analyse generéiert goufen, fir déi effektivst PCA-Komponenten fir d'Charakteriséierung oder d'Trennung vun all Kombinatioun vu Proben iwwer wichteg geografesch Eenheeten (z.B. tëscht afrikaneschen an net-afrikanesche Länner) ze illustréieren. Déi polynesesch Kombinatioun gouf net getest wéinst der klenger Proufgréisst, déi an dësem Test benotzt gouf. Donnéeën iwwer d'Bedeitung vun Ënnerscheeder am AUC an aner Basisstatistiken, déi mat der ROC-Analyse berechent goufen, sinn an der Ergänzungstabell S3 gewisen.
ROC-Kurven goufen op néng Haaptkomponenteschätzungen ugewannt, baséiert op engem Eckpunktdatensatz, deen aus 342 homologe männleche Schädelmodeller besteet. AUC: Fläch ënner der Kurv bei 0,01% Bedeitung, déi benotzt gëtt fir all geographesch Kombinatioun vun anere Gesamtkombinatiounen z'ënnerscheeden. TPF ass richteg positiv (effektiv Ënnerscheedung), FPF ass falsch positiv (ongëlteg Ënnerscheedung).
D'Interpretatioun vun der ROC-Kurve gëtt hei ënnendrënner zesummegefaasst, mat Fokus nëmmen op déi Komponenten, déi Vergläichsgruppen duerch eng grouss oder relativ grouss AUC an en héije Signifikanzniveau mat enger Wahrscheinlechkeet ënner 0,001 differenzéiere kënnen. De südasiatesch Komplex (Fig. 2a), deen haaptsächlech aus Proben aus Indien besteet, ënnerscheet sech wesentlech vun anere geografesch gemëschte Proben doduerch, datt déi éischt Komponent (PC1) eng signifikant méi grouss AUC (0,856) am Verglach mat den anere Komponenten huet. Eng Charakteristik vum afrikanesche Komplex (Fig. 2b) ass déi relativ grouss AUC vu PC2 (0,834). Austro-Melanesier (Fig. 2c) hunn eng ähnlech Tendenz wéi Subsahara-Afrikaner iwwer PC2 mat enger relativ méi grousser AUC (0,759) gewisen. D'Europäer (Fig. 2d) ënnerscheede sech däitlech an der Kombinatioun vu PC2 (AUC = 0,801), PC4 (AUC = 0,719) a PC6 (AUC = 0,671), d'Nordostasiatesch Prouf (Fig. 2e) ënnerscheet sech signifikant vu PC4, mat engem relativ méi groussen 0,714, an den Ënnerscheed vu PC3 ass schwaach (AUC = 0,688). Folgend Gruppe goufen och mat méi niddregen AUC-Wäerter an héije Signifikanzniveauen identifizéiert: Resultater fir PC7 (AUC = 0,679), PC4 (AUC = 0,654) a PC1 (AUC = 0,649) hunn gewisen, datt d'Indianer (Fig. 2f) mat spezifesche Charakteristiken, déi mat dëse Komponenten assoziéiert sinn, Südostasiaten (Fig. 2g) sech tëscht PC3 (AUC = 0,660) a PC9 (AUC = 0,663) differenzéiert hunn, awer d'Muster fir Prouwe vum Mëttleren Osten (Fig. 2h) (inklusiv Nordafrika) entsprécht. Am Verglach mat aneren ass et net vill Ënnerscheed.
Am nächste Schrëtt, fir héich korreléiert Eckpunkten visuell z'interpretéieren, ginn d'Uewerflächen mat héije Belaaschtungswäerter méi grouss wéi 0,45 mat X-, Y- an Z-Koordinateninformatioune faarweg gemaach, wéi an der Figur 3 gewisen. Déi rout Fläch weist eng héich Korrelatioun mat den X-Achs-Koordinaten, déi der horizontaler Querrichtung entsprécht. Déi gréng Fläch ass héich korreléiert mat der vertikaler Koordinat vun der Y-Achs, an déi donkelblo Fläch ass héich korreléiert mat der sagittaler Koordinat vun der Z-Achs. Déi hellblo Fläch ass mat den Y-Koordinatenachsen an den Z-Koordinatenachsen assoziéiert; rosa - gemëschte Fläch assoziéiert mat den X- an Z-Koordinatenachsen; giel - Fläch assoziéiert mat den X- an Y-Koordinatenachsen; Déi wäiss Fläch besteet aus der reflektéierter X-, Y- an Z-Koordinatenachs. Dofir ass bei dësem Belaaschtungswäertschwellwäert PC 1 haaptsächlech mat der ganzer Uewerfläch vum Schädel assoziéiert. Déi 3 SD virtuell Schädelform op der anerer Säit vun dëser Komponentachs ass och an dëser Figur duergestallt, a verzerrt Biller ginn am Ergänzungsvideo S1 presentéiert fir visuell ze bestätegen, datt PC1 Faktoren vun der Gesamtschädelgréisst enthält.
D'Frequenzverdeelung vun de PC1-Scores (Normal-Upassungskurve), d'Faarfkaart vun der Schädeloberfläche ass staark mat de PC1-Eckpunkten korreléiert (Erklärung vun de Faarwen relativ zu ...). D'Gréisst vun de géigeniwwerlégende Säite vun dëser Achs ass 3 Standarddeviatioun. D'Skala ass eng gréng Kugel mat engem Duerchmiesser vu 50 mm.
Figur 3 weist e Frequenzverdeelungsdiagramm (Normal-Fitting-Kurve) vun eenzelne PC1-Scores, déi separat fir 9 geographesch Eenheeten berechent goufen. Zousätzlech zu de Schätzunge vun der ROC-Kurve (Figur 2) sinn d'Schätzunge vun de Südasiaten deelweis däitlech no lénks verzerrt, well hir Schädel méi kleng si wéi déi vun anere regionale Gruppen. Wéi an der Tabell 1 ugedeit, representéieren dës Südasiaten ethnesch Gruppen an Indien, dorënner d'Andamanen- an Nikobareninselen, Sri Lanka a Bangladesch.
Den Dimensiounskoeffizient gouf op PC1 fonnt. D'Entdeckung vu staark korreléierte Regiounen a virtuelle Formen huet zu der Opklärung vu Formfaktoren fir aner Komponenten wéi PC1 gefouert; Gréisstfaktoren ginn awer net ëmmer komplett eliminéiert. Wéi beim Verglach vun den ROC-Kurven (Figur 2) gewisen, waren PC2 a PC4 am diskriminéierendsten, gefollegt vu PC6 a PC7. PC3 a PC9 si ganz effektiv fir d'Proufpopulatioun a geographesch Eenheeten opzedeelen. Dofir stellen dës Puer vu Komponentachsen schematesch Streckdiagrammer vu PC-Scores a Faarfflächen duer, déi staark mat all Komponent korreléiert sinn, souwéi virtuell Formdeformatiounen mat Dimensioune vu géigeniwwerléiende Säite vun 3 SD (Fig. 4, 5, 6). Déi konvex Hullofdeckung vu Proben aus all geographescher Eenheet, déi an dëse Grafiken representéiert ass, ass ongeféier 90%, obwuel et e gewësse Grad vun Iwwerlappung bannent de Cluster gëtt. Tabelle 3 gëtt eng Erklärung vun all PCA-Komponent.
Streudiagrammer vu PC2- a PC4-Scores fir schädelIndividuen aus néng geografeschen Eenheeten (uewen) a véier geografeschen Eenheeten (ënnen), Diagrammer vun der Schädeluewerflächefaarf vu Schenkelpunkten, déi héich mat all PC korreléiert sinn (relativ zu X, Y, Z). Faarferklärung vun den Achsen: kuckt den Text), an d'Deformatioun vun der virtueller Form op géigeniwwerléiende Säite vun dësen Achsen ass 3 SD. D'Skala ass eng gréng Kugel mat engem Duerchmiesser vu 50 mm.
Streudiagrammer vu PC6- a PC7-Scores fir Schädelindividuen aus néng geografeschen Eenheeten (uewen) an zwou geografeschen Eenheeten (ënnen), Faarfdiagrammer vun der Schädeluewerfläch fir Eckpunkten, déi héich mat all PC korreléiert sinn (relativ zu X, Y, Z). Faarferklärung vun den Achsen: kuckt den Text), an d'Deformatioun vun der virtueller Form op géigeniwwerléiende Säite vun dësen Achsen ass 3 SD. D'Skala ass eng gréng Kugel mat engem Duerchmiesser vu 50 mm.
Streudiagrammer vu PC3- a PC9-Scores fir Schädelindividuen aus néng geografeschen Eenheeten (uewen) an dräi geografeschen Eenheeten (ënnen), a Faarfdiagrammer vun der Schädeluewerfläch (relativ zu den X-, Y-, Z-Achsen) vu Scheitelpunkten, déi héich mat all PC-Faarfinterpretatioun korreléiert sinn: cm . Text), souwéi virtuell Formdeformatiounen op géigeniwwerléiende Säite vun dësen Achsen mat enger Magnitude vun 3 SD. D'Skala ass eng gréng Kugel mat engem Duerchmiesser vu 50 mm.
Am Grafik, deen d'Wäerter vu PC2 a PC4 weist (Fig. 4, Ergänzungsvideoen S2, S3, déi deforméiert Biller weisen), gëtt d'Uewerflächenfaarfkaart och ugewisen, wann de Schwellwäert vun der Belaaschtung méi héich wéi 0,4 agestallt ass, wat méi niddreg ass wéi am PC1, well de PC2-Wäert, deen déi total Belaaschtung ass, manner ass wéi am PC1.
Verlängerung vun de Frontal- an Ockipitallappen an der Sagittalrichtung laanscht d'Z-Achs (donkelblo) an dem Parietallappen an der Koronalrichtung (rout) op Rosa), der Y-Achs vum Ockiput (gréng) an der Z-Achs vun der Stirn (donkelblo). Dëse Grafik weist d'Wäerter fir all Leit weltwäit; wann awer all Proben, déi aus enger grousser Zuel vu Gruppe bestinn, gläichzäiteg ugewise ginn, ass d'Interpretatioun vun de Streumuster zimmlech schwéier wéinst der grousser Iwwerlappung; dofir sinn aus nëmme véier groussen geografeschen Eenheeten (dh Afrika, Australasien-Melanesien, Europa an Nordostasien) d'Proben ënner dem Grafik mat enger virtueller Schädeldeformatioun vun 3 SD bannent dësem Beräich vu PC-Wäerter verstreet. An der Figur sinn PC2 a PC4 Puer vu Wäerter. Afrikaner an Austro-Melanesier iwwerlappe sech méi a sinn op der rietser Säit verdeelt, während d'Europäer no uewe lénks verstreet sinn an d'Nordostasiaten tendéieren no ënnen lénks ze gruppéieren. Déi horizontal Achs vum PC2 weist, datt afrikanesch/australesch Melanesier en relativ méi laangen Neurocranium hunn wéi aner Leit. PC4, bei deem déi europäesch an nordostasiatesch Kombinatioune locker getrennt sinn, gëtt mat der relativer Gréisst a Projektioun vun den Zygomatoseknochen an der lateraler Kontur vum Calvarium assoziéiert. D'Bewäertungsschema weist, datt d'Europäer relativ schmuel maxillär a zygomatesch Knochen, e méi klenge Raum an der Temporalgrobe, dee vum Zygomatosebou begrenzt ass, e vertikal erhiewte Frontalknach an e flaache, niddrege Okzipitalknach hunn, während Nordostasiaten tendéieren, méi breet a méi prominent Zygomatoseknochen ze hunn. De Frontallappen ass geneigt, d'Basis vum Okzipitalknach ass erhiewt.
Wann een sech op PC6 a PC7 konzentréiert (Fig. 5) (Ergänzungsvideoen S4, S5, déi deforméiert Biller weisen), weist de Faarfdiagramm eng Belaaschtungsschwell vu méi wéi 0,3, wat beweist, datt PC6 mat enger Morphologie vum Maxillar- oder Alveolarum (rout: X-Achs a gréng), der Form vum Temporalknochen (blo: Y- an Z-Achsen) an der Form vum Ockipitalknochen (rosa: X- an Z-Achsen) assoziéiert ass. Nieft der Stirnbreet (rout: X-Achs) korreléiert PC7 och mat der Héicht vun den anteriore Maxillaralveolen (gréng: Y-Achs) an der Kappform op der Z-Achs ronderëm d'parietotemporal Regioun (donkelblo). Am ieweschte Panel vun der Figur 5 sinn all geographesch Prouwe no de PC6- a PC7-Komponentewäerter verdeelt. Well ROC ugeet, datt PC6 Charakteristiken enthält, déi eenzegaarteg fir Europa sinn, a PC7 an dëser Analyse Charakteristike vun den Urawunner vun Amerika representéiert, goufen dës zwou regional Prouwe selektiv op dësem Paar vu Komponenteaxen opgezeechent. D'Urawunner vun Amerika, obwuel se wäit an der Prouf abegraff sinn, sinn an der ieweschter lénkser Ecke verstreet; am Géigendeel tendéieren vill europäesch Prouwe sech an der ënneschter rietser Ecke ze lokaliséieren. D'Koppel PC6 a PC7 representéieren de schmuele Prozess alveolar an dat relativ breet Neurokranium vun den Europäer, während d'Amerikaner duerch eng schmuel Stirn, eng méi grouss Maxilla an e méi breede an héijen Alveolarprozess charakteriséiert sinn.
D'ROC-Analyse huet gewisen, datt PC3 an/oder PC9 a südostasiatesche Bevëlkerunge heefeg waren. Dofir reflektéieren d'Scorepaaren PC3 (gréng iewescht Säit op der y-Achs) a PC9 (gréng ënnescht Säit op der y-Achs) (Fig. 6; Ergänzungsvideoen S6, S7 liwweren morphéiert Biller) d'Diversitéit vun den Ostasien, wat am staarke Kontrast zu den héije Gesiichtsproportiounen vun den Nordostasiaten an der niddreger Gesiichtsform vu Südostasiaten steet. Nieft dëse Gesiichtszich ass eng aner Charakteristik vu verschiddenen Nordostasiaten d'Lambda-Kippung vum Ockiptalknochen, während verschidde Südostasiaten eng schmuel Schädelbasis hunn.
Déi uewe genannte Beschreiwung vun den Haaptkomponenten an d'Beschreiwung vu PC5 a PC8 goufen ewechgelooss, well keng spezifesch regional Charakteristiken tëscht den néng Haaptgeographeschen Eenheeten fonnt goufen. PC5 bezitt sech op d'Gréisst vum Mastoideus vum Temporalknochen, an PC8 reflektéiert d'Asymmetrie vun der Gesamtform vum Schädel, woubäi béid parallel Variatiounen tëscht den néng geographesche Proufkombinatioune weisen.
Nieft Streudiagrammer vu PCA-Scores op individuellen Niveau bidden mir och Streudiagrammer vu Gruppmëttelwäerter fir e Gesamtvergläich. Zu dësem Zweck gouf en duerchschnëttleche Schädelhomologiemodell aus engem Eckpunktdatensatz vun individuellen Homologiemodeller aus 148 ethnesche Gruppen erstallt. Bivariat Diagrammer vun de Score-Sets fir PC2 a PC4, PC6 a PC7, a PC3 a PC9 sinn an der Ergänzungsfigur S1 gewisen, all berechent als dat duerchschnëttlecht Schädelmodell fir d'Stichprobe vun 148 Individuen. Op dës Manéier verstoppen d'Streeudiagrammer individuell Ënnerscheeder bannent all Grupp, wat eng méi kloer Interpretatioun vun de Schädelähnlechkeeten erméiglecht wéinst den zugronnleeënde regionale Verdeelungen, wou d'Muster mat manner Iwwerlappung mat deenen iwwereneestëmmen, déi an den individuellen Diagrammer duergestallt sinn. Déi Ergänzungsfigur S2 weist de Gesamtmëttelmodell fir all geographesch Eenheet.
Nieft PC1, wat mat der Gesamtgréisst assoziéiert war (Zousätzlech Tabelle S2), goufen allometresch Bezéiungen tëscht der Gesamtgréisst an der Schädelform mat Hëllef vu Schwéierpunktdimensiounen a Sätz vu PCA-Schätzungen aus net-normaliséierten Daten ënnersicht. Allometresch Koeffizienten, konstant Wäerter, t-Wäerter a p-Wäerter am Signifikanztest sinn an der Tabelle 4 gewisen. Keng bedeitend allometresch Musterkomponenten, déi mat der Gesamtschädelgréisst assoziéiert sinn, goufen an iergendenger Schädelmorphologie um P < 0,05 Niveau fonnt.
Well verschidde Gréisstfaktoren an de PC-Schätzunge baséiert op net-normaliséierten Datensätz abegraff kënne sinn, hu mir weider den allometreschen Trend tëscht der Schwéierpunktgréisst an de PC-Scores ënnersicht, déi mat Datensätz berechent goufen, déi no der Schwéierpunktgréisst normaliséiert sinn (PCA-Resultater a Score-Sets ginn an den Ergänzungstabellen S6 presentéiert). , C7). Tabelle 4 weist d'Resultater vun der allometrescher Analyse. Sou goufen bedeitend allometresch Trends um 1%-Niveau am PC6 an um 5%-Niveau am PC10 fonnt. Figur 7 weist d'Regressiounssteigungen vun dëse log-lineare Bezéiungen tëscht PC-Scores an der Schwéierpunktgréisst mat Dummies (±3 SD) op béide Säiten vun der logarithmescher Schwéierpunktgréisst. De PC6-Score ass de Verhältnis vun der relativer Héicht a Breet vum Schädel. Wann d'Gréisst vum Schädel eropgeet, ginn de Schädel an d'Gesiicht méi héich, an d'Stier, d'Aenhäuser an d'Nueslächer tendéieren lateral méi no beieneen ze sinn. D'Muster vun der Proufverdeelung weist drop hin, datt dëse Proportioun typescherweis bei Nordostasien an Indianer fonnt gëtt. Ausserdeem weist PC10 en Trend zu enger proportionaler Reduktioun vun der Breet vum Mëttelgesiicht, onofhängeg vun der geografescher Regioun.
Fir déi bedeitend allometresch Bezéiungen, déi an der Tabell opgezielt sinn, huet d'Steigung vun der log-linearer Regressioun tëscht dem PC-Proportioun vun der Formkomponent (aus den normaliséierten Donnéeën kritt) an der Gréisst vum Schwéierpunkt, déi virtuell Formdeformatioun eng Gréisst vun 3 SD op der anerer Säit vun der Linn vu 4.
Déi folgend Ännerungen an der Schädelmorphologie goufen duerch d'Analyse vun Datensätz vun homologen 3D-Uewerflächenmodeller demonstréiert. Déi éischt Komponent vun der PCA bezitt sech op d'Gesamtgréisst vum Schädel. Et gëtt laang ugeholl, datt déi méi kleng Schädel vu Südasiaten, dorënner Exemplare vun Indien, Sri Lanka an den Andamaneninselen, Bangladesch, op hir méi kleng Kierpergréisst zréckzeféieren sinn, wat mat der ökogeographescher Regel oder der Inselregel vum Bergmann iwwereneestëmmt613,5,16,25,27,62. Déi éischt hänkt mat der Temperatur zesummen, an déi zweet hänkt vum verfügbare Raum an de Liewensmëttelressourcen vun der ekologescher Nisch of. Ënnert de Komponente vun der Form ass déi gréisst Ännerung d'Verhältnes vun der Längt a Breet vum Schädelgewëllef. Dës Eegeschaft, déi PC2 bezeechent gëtt, beschreift déi enk Bezéiung tëscht de proportional verlängerte Schädel vun Austro-Melanesier an Afrikaner, souwéi Ënnerscheeder zu de sphäresche Schädel vu verschiddenen Europäer an Nordostasien. Dës Charakteristike goufen a ville fréiere Studien op Basis vun einfache lineare Miessunge37,63,64 gemellt. Ausserdeem ass dës Charakteristik mat Brachyzephalie bei Net-Afrikaner assoziéiert, wat schonn zënter laangem an anthropometreschen an osteometresche Studien diskutéiert gëtt. Déi Haapthypothese hannert dëser Erklärung ass, datt eng reduzéiert Kauaktivitéit, wéi z. B. d'Verdënnung vum Temporalis-Muskel, den Drock op déi äusser Kopfhaut reduzéiert5,8,9,10,11,12,13. Eng aner Hypothese besteet aus der Adaptatioun un kal Klima duerch d'Reduktioun vun der Kappuewerfläch, wat drop hiweist, datt e méi sphäresche Schädel d'Uewerfläch besser miniméiert wéi eng sphäresch Form, laut den Allen-Regele16,17,25. Baséierend op de Resultater vun der aktueller Studie kënnen dës Hypothesen nëmmen op Basis vun der Kräizkorrelatioun vu Schädelsegmenter bewäert ginn. Zesummefaassend ënnerstëtzen eis PCA-Resultater net vollstänneg d'Hypothese, datt d'Verhältnes tëscht Schädellängt a Breet signifikant vun de Kaubedingungen beaflosst gëtt, well d'PC2-Belaaschtung (laang/brachyzephale Komponent) net signifikant mat de Gesiichtsproportiounen (inklusiv relativ Maxillardimensiounen) an dem relative Raum vun der Temporalgrobe (wat de Volumen vum Temporalis-Muskel reflektéiert) zesummenhänkt. Eis aktuell Studie huet d'Bezéiung tëscht der Schädelform a geologeschen Ëmweltbedingungen wéi Temperatur net analyséiert; Wéi och ëmmer, eng Erklärung baséiert op der Allen-Regel kéint derwäert sinn als eng Kandidatenhypothese ze berécksiichtegen, fir de Brachycephalon a kale Klimaregiounen z'erklären.
Eng bedeitend Variatioun gouf dann am PC4 fonnt, wat drop hiweist, datt Nordostasiaten grouss, prominent Zygomatose-Schanken um Maxilla- a Zygomatose-Schanken hunn. Dëse Befund entsprécht enger bekannter spezifescher Charakteristik vu Sibirer, vun deenen ugeholl gëtt, datt si sech duerch d'Virbewegung vun den Zygomatose-Schanken un extrem kal Klima ugepasst hunn, wat zu engem erhéichte Volumen vun de Sinusen an engem flaachere Gesiicht 65 féiert. Eng nei Befund aus eisem homologe Modell ass, datt d'Ofhängung vun de Wangen bei Europäer mat enger reduzéierter Frontalschréiegt, souwéi mat ofgeflaachten an enken Okcipitalschanken an enger Nuchalkonkavitéit assoziéiert ass. Am Géigesaz dozou hunn Nordostasiaten dacks schréi Stirnen an erhiewte Okcipitalregiounen. Studien iwwer den Okcipitalschanken mat geometresch-morphometresche Methoden35 hunn gewisen, datt asiatesch an europäesch Schädelen eng flaach Nuchalkurve an eng méi niddreg Positioun vum Okcipitalschanken am Verglach mat Afrikaner hunn. Wéi och ëmmer, eis Streckdiagrammer vu PC2- a PC4- a PC3- a PC9-Pairen hunn eng méi grouss Variatioun bei Asiaten gewisen, während d'Europäer duerch eng flaach Basis vum Oksiput an en ënneschten Oksiput charakteriséiert waren. Inkonsequenzen an den asiateschen Charakteristiken tëscht de Studien kéinten op Ënnerscheeder an den benotzten ethnesche Prouwe bedingt sinn, well mir eng grouss Zuel vun ethnesche Gruppen aus engem breede Spektrum vun Nordost- a Südostasien ofgestëmmt hunn. Ännerungen an der Form vum Oksipitalknochen ginn dacks mat der Muskelentwécklung a Verbindung bruecht. Dës adaptiv Erklärung berécksiichtegt awer net d'Korrelatioun tëscht der Form vum Stirn an dem Oksiput, déi an dëser Studie demonstréiert gouf, awer onwahrscheinlech vollstänneg demonstréiert gouf. An dëser Hisiicht ass et derwäert, d'Bezéiung tëscht dem Kierpergewiichtsgläichgewiicht an dem Schwéierpunkt oder der zervikaler Iwwergank (Foramen magnum) oder aner Faktoren ze berücksichtegen.
Eng aner wichteg Komponent mat grousser Variabilitéit hänkt mat der Entwécklung vum Kauapparat zesummen, deen duerch d'Maxis- a Temporalusfossae representéiert gëtt, wat duerch eng Kombinatioun vun de Scores PC6, PC7 a PC4 beschriwwe gëtt. Dës markant Reduktiounen vun de Schädelsegmenter charakteriséieren europäesch Individuen méi wéi all aner geographesch Grupp. Dëst Merkmal gouf als Resultat vun enger verréngerter Stabilitéit vun der Gesiichtsmorphologie interpretéiert wéinst der fréier Entwécklung vun landwirtschaftlechen a Liewensmëttelvirbereedungstechniken, déi dann d'mechanesch Belaaschtung vum Kauapparat ouni e staarke Kauapparat reduzéiert hunn9,12,28,66. No der Hypothese vun der Kaufunktioun28 gëtt dëst vun enger Ännerung vun der Flexioun vun der Schädelbasis zu engem méi spitzen Schädelwénkel an engem méi sphäresche Schädeldach begleet. Aus dëser Perspektiv tendéieren landwirtschaftlech Populatiounen zu kompakte Gesiichter, manner Virsprong vum Ënnerkierper an e méi kugelfërmegen Herzenhirnhäuschen. Dofir kann dës Deformatioun duerch den allgemenge Kontur vun der lateraler Form vum Schädel vun Europäer mat reduzéierte Kauorganer erkläert ginn. Allerdéngs ass dës Interpretatioun laut dëser Studie komplex, well déi funktionell Bedeitung vun der morphologescher Bezéiung tëscht dem kugelfërmegen Neurokranium an der Entwécklung vum Kauapparat manner akzeptabel ass, wéi a fréiere Interpretatioune vu PC2 berücksichtegt gouf.
D'Ënnerscheeder tëscht Nordostasiaten a Südostasiaten ginn duerch de Kontrast tëscht engem héije Gesiicht mat engem schiefen Ockzipitallknochen an engem kuerze Gesiicht mat enger schmueler Schädelbasis illustréiert, wéi a PC3 a PC9 gewisen. Wéinst dem Manktem u geoekologeschen Donnéeën liwwert eis Studie nëmmen eng limitéiert Erklärung fir dëse Befund. Eng méiglech Erklärung ass d'Adaptatioun un en anert Klima oder Ernärungsbedingungen. Nieft der ökologescher Adaptatioun goufen och lokal Ënnerscheeder an der Geschicht vun de Populatiounen am Nordoste vun a Südostasien berécksiichtegt. Zum Beispill gouf an Oste vun Eurasien en zwee-Schichten-Modell hypothetiséiert, fir d'Verbreedung vun anatomesch modernen Mënschen (AMH) op Basis vu schädelmorphometreschen Donnéeën ze verstoen67,68. No dësem Modell hat déi "éischt Schicht", dat heescht déi ursprénglech Gruppe vun den AMH-Kolonisten aus dem spéide Pleistozän, méi oder manner direkt Ofstamung vun den indigenen Awunner vun der Regioun, wéi déi modern Austro-Melanesier (S. Éischt Schicht). , an huet spéider eng groussflächeg Vermëschung vun nërdleche landwirtschaftleche Vëlker mat nordostasiatesche Charakteristiken (zweet Schicht) an d'Regioun erlieft (virun ongeféier 4.000 Joer). E Genfloss, deen mat engem "Zwei-Schicht"-Modell kartéiert gëtt, wäert néideg sinn, fir d'Schädelform vu Südostasien ze verstoen, well d'Schädelform vu Südostasien deelweis vun der lokaler genetescher Ierfschaft vum éischte Niveau ofhänke kann.
Indem mir d'Ähnlechkeet vun de Schädelen mat Hëllef vu geografeschen Eenheeten, déi mat homologen Modeller kartéiert sinn, evaluéieren, kënne mir d'Basispopulatiounsgeschicht vun AMF a Szenarien ausserhalb vun Afrika ofleeden. Vill verschidde "ausserhalb vun Afrika"-Modeller goufen proposéiert fir d'Verbreedung vun AMF op Basis vu Skelett- an Genomdaten z'erklären. Vun dësen suggeréieren rezent Studien, datt d'AMH-Koloniséierung vu Gebidder ausserhalb vun Afrika virun ongeféier 177.000 Joer ugefaangen huet69,70. Wéi och ëmmer, d'Verbreedung vun AMF iwwer grouss Distanzen an Eurasien während dëser Period bleift onsécher, well d'Liewensraim vun dësen fréie Fossilien op de Mëttleren Osten an d'Mëttelmier bei Afrika limitéiert sinn. Dee einfachste Fall ass eng eenzeg Siidlung laanscht eng Migratiounsroute vun Afrika an Eurasien, déi geographesch Barrièren wéi den Himalaya ëmgeet. En anert Modell proposéiert verschidde Migratiounswellen, vun deenen déi éischt sech vun Afrika laanscht d'Küst vum Indeschen Ozean op Südostasien an Australien verbreet huet, an dann an Nordeurasien verbreet huet. Déi meescht vun dëse Studien bestätegen, datt AMF sech virun ongeféier 60.000 Joer wäit iwwer Afrika eraus verbreet huet. An dëser Hisiicht weisen d'australesch-melanesesch (inklusiv Papua) Prouwe méi grouss Ähnlechkeet mat afrikanesche Prouwe wéi mat all aner geographescher Serie an der Analyse vun den Homologiemodeller vun der Haaptkomponent. Dës Erkenntnis ënnerstëtzt d'Hypothes, datt déi éischt AMF-Verbreedungsgruppen laanscht de südleche Rand vun Eurasien direkt an Afrika22,68 entstane sinn, ouni bedeitend morphologesch Verännerungen als Reaktioun op spezifesch Klima oder aner bedeitend Konditiounen.
Wat den allometresche Wuesstum ugeet, huet d'Analyse mat Formkomponenten, déi aus engem aneren Datesaz ofgeleet sinn, deen no der Schwéierpunktgréisst normaliséiert ass, en signifikanten allometreschen Trend am PC6 an am PC10 gewisen. Béid Komponenten hänken mat der Form vun der Stirn an Deeler vum Gesiicht zesummen, déi méi schmuel ginn, wa méi grouss de Schädel ass. Nordostasiaten an Amerikaner tendéieren dëst Merkmal ze hunn a relativ grouss Schädelen. Dëst Resultat widdersprécht virdru beschriwwenen allometresche Musteren, bei deenen méi grouss Gehirer relativ méi breet Frontallappen an der sougenannter "Broca-Kapp"-Regioun hunn, wat zu enger méi grousser Frontallappenbreet féiert34. Dës Ënnerscheeder ginn duerch Ënnerscheeder an de Proufsätz erkläert; Eis Studie huet allometresch Mustere vun der Gesamtschädelgréisst mat modernen Populatiounen analyséiert, a Vergläichsstudien ënnersichen laangfristeg Trends an der mënschlecher Evolutioun am Zesummenhang mat der Gehirgréisst.
Wat d'Gesiichtsallometrie ugeet, huet eng Studie mat biometreschen Donnéeën78 festgestallt, datt d'Form a Gréisst vum Gesiicht liicht korreléiert kënne sinn, während eis Studie festgestallt huet, datt méi grouss Schädelen éischter mat méi héijen, méi schmuele Gesiichter assoziéiert sinn. D'Konsistenz vun de biometreschen Donnéeën ass awer net kloer; Regressiounstester, déi ontogenetesch Allometrie a statesch Allometrie vergläichen, weisen ënnerschiddlech Resultater. Eng allometresch Tendenz zu enger sphärescher Schädelform wéinst der erhéichter Gréisst gouf och gemellt; mir hunn awer keng Héichtdaten analyséiert. Eis Studie weist awer, datt et keng allometresch Donnéeën gëtt, déi eng Korrelatioun tëscht de kugelfërmegen Schädelproportiounen an der Gesamtschädelgréisst per se weisen.
Och wann eis aktuell Studie sech net mat Donnéeën iwwer extrinsesch Variablen beschäftegt, déi duerch Klima oder Ernärungsbedingungen duergestallt ginn, déi wahrscheinlech d'Schädelmorphologie beaflossen, hëlleft de grousse Datesaz vun homologen 3D-Schädeloberflächenmodeller, déi an dëser Studie benotzt goufen, fir korreléiert phenotypesch morphologesch Variatiounen ze evaluéieren. Ëmweltfaktoren wéi Ernärung, Klima an Ernärungsbedingungen, souwéi neutral Kräften wéi Migratioun, Genfluss a genetesch Drift.
Dës Studie huet 342 Exemplare vu männleche Schädelen abegraff, déi aus 148 Populatiounen an 9 geografeschen Eenheeten gesammelt goufen (Tabell 1). Déi meescht Gruppe si geografesch gebierteg Exemplare, während e puer Gruppen an Afrika, Nordost-/Südostasien an Amerika (kursiv opgezielt) ethnesch definéiert sinn. Vill Schädelexemplare goufen aus der Schädelmiessungsdatebank no der Martin-Schädelmiessungsdefinitioun vun der Tsunehiko Hanihara ausgewielt. Mir hunn representativ männlech Schädelen aus allen ethnesche Gruppen op der Welt ausgewielt. Fir d'Membere vun all Grupp z'identifizéieren, hu mir euklidesch Distanzen op Basis vun 37 Schädelmiessungen aus dem Gruppenduerchschnëtt fir all Eenzelpersounen, déi zu där Grupp gehéieren, berechent. An de meeschte Fäll hu mir déi 1-4 Prouwe mat dem klengsten Ofstand vum Duerchschnëtt ausgewielt (Ergänzungstabell S4). Fir dës Gruppe goufen e puer Prouwe zoufälleg ausgewielt, wa se net an der Hahara-Miessungsdatebank opgezielt waren.
Fir de statistesche Verglach goufen déi 148 Populatiounsstichproben a grouss geographesch Eenheeten opgedeelt, wéi an der Tabell 1 gewisen. Déi "afrikanesch" Grupp besteet nëmmen aus Stichproben aus der Subsahara-Regioun. Stichproben aus Nordafrika goufen am "Mëttleren Osten" zesumme mat Stichproben aus Westasien mat ähnleche Konditiounen abegraff. Déi nordostasiatesch Grupp enthält nëmme Leit vun net-europäescher Ofstamung, an déi amerikanesch Grupp enthält nëmmen d'Indianer. Besonnesch dës Grupp ass iwwer e grousst Gebitt vun den nord- a südamerikanesche Kontinenter verdeelt, an enger breeder Palette vun Ëmfeld. Mir betruechten awer d'US-Stichprobe an dëser eenzeger geographescher Eenheet, well d'demographesch Geschicht vun den Indianer, déi als nordostasiateschen Ofstamung ugesi ginn, onofhängeg vu multiple Migratiounen 80 berécksiichtegt gëtt.
Mir hunn 3D-Uewerflächendaten vun dëse kontrastéierende Schädelprouwen mat engem héichopléisenden 3D-Scanner (EinScan Pro vu Shining 3D Co Ltd, minimal Opléisung: 0,5 mm, https://www.shining3d.com/) opgeholl an duerno e Mesh generéiert. De Mesh-Modell besteet aus ongeféier 200.000–400.000 Eckpunkten, an déi abegraff Software gëtt benotzt fir Lächer ze fëllen a Kanten ze glätten.
Am éischte Schrëtt hu mir Scandaten vun engem alldeegleche Schädel benotzt fir e Schädelmodell mat enger eenzeger Schabloun ze kreéieren, deen aus 4485 Eckpunkten (8728 polygonal Flächen) besteet. D'Basis vun der Schädelregioun, déi aus dem Sphenoidknochen, dem Petrous-Temporalknochen, dem Gaum, den Alveolen um Maximum an den Zänn besteet, gouf aus dem Schabloun-Mesh-Modell ewechgeholl. De Grond dofir ass, datt dës Strukturen heiansdo onvollstänneg oder schwéier ze kompletéiere sinn wéinst dënnen oder schaarfen Deeler wéi Pterygoidflächen a Styloidprozesser, Zännverschleiung an/oder engem inkonsequenten Zännsatz. D'Schädelbasis ronderëm de Foramen Magnum, inklusiv der Basis, gouf net resektionéiert, well dëst eng anatomesch wichteg Plaz fir d'Lag vun den Halsgelenker ass an d'Héicht vum Schädel muss beurteelt ginn. Benotzt Spigelréng fir eng Schabloun ze bilden, déi op béide Säiten symmetresch ass. Maacht isotrop Meshing fir polygonal Formen sou gläichsäiteg wéi méiglech ëmzewandelen.
Duerno goufen 56 Landmarken den anatomesch korrespondéierenden Eckpunkten vum Schablounemodell mat Hëllef vun der HBM-Rugle Software zougewisen. D'Astellung vun de Landmarken garantéiert d'Genauegkeet an d'Stabilitéit vun der Positionéierung vum Landmark an d'Homologie vun dëse Plazen am generéierten Homologiemodell. Si kënnen op Basis vun hire spezifesche Charakteristiken identifizéiert ginn, wéi an der Ergänzungstabell S5 an der Ergänzungsfigur S3 gewisen. No der Definitioun vum Bookstein81 sinn déi meescht vun dëse Landmarken Typ I Landmarken, déi sech op der Kräizung vun dräi Strukturen befannen, an e puer sinn Typ II Landmarken mat Punkte vun der maximaler Krümmung. Vill Landmarken goufen aus Punkten transferéiert, déi fir linear Schädelmiessungen an der Definitioun vum Martin 36 definéiert sinn. Mir hunn déiselwecht 56 Landmarken fir gescannte Modeller vun 342 Schädelprouwen definéiert, déi manuell den anatomesch korrespondéierenden Eckpunkten zougewisen goufen, fir méi genee Homologiemodeller an der nächster Sektioun ze generéieren.
E kappzentriert Koordinatesystem gouf definéiert fir d'Scandaten an d'Schabloun ze beschreiwen, wéi an der Ergänzungsfigur S4 gewisen. D'XZ-Fläch ass d'Frankfurter Horizontalfläch, déi duerch den héchste Punkt (Martin seng Definitioun: Deel) vum ieweschten Rand vum lénksen a rietsen externen Gehörgang an den niddregsten Punkt (Martin seng Definitioun: Orbit) vum ënneschte Rand vun der lénkser Orbit geet. D'X-Achs ass d'Linn, déi déi lénks a riets Säit verbënnt, an X+ ass déi riets Säit. D'YZ-Fläch geet duerch d'Mëtt vum lénksen a rietsen Deel an d'Nueswurzel: Y+ no uewen, Z+ no vir. De Referenzpunkt (Urspronk: Nullkoordinat) ass op der Kräizung vun der YZ-Fläch (Mëttelfläch), der XZ-Fläch (Frankfort-Fläch) an der XY-Fläch (Koronalfläch) festgeluecht.
Mir hunn d'HBM-Rugle Software (Medic Engineering, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/) benotzt fir e homologt Mesh-Modell ze erstellen andeems mir Template-Fitting mat 56 Landmark-Punkten duerchgefouert hunn (lénks Säit vun der Figur 1). Déi zentral Softwarekomponent, ursprénglech vum Center for Digital Human Research um Institute of Advanced Industrial Science and Technology a Japan entwéckelt, heescht HBM an huet Funktiounen fir Templates mat Landmarken unzepassen an Feinmaschmodeller mat Partitiounsflächen ze erstellen82. Déi spéider Softwareversioun (mHBM)83 huet eng Funktioun fir Musteranpassung ouni Landmarken bäigefüügt fir d'Anpassungsleistung ze verbesseren. HBM-Rugle kombinéiert d'mHBM Software mat zousätzleche benotzerfrëndleche Funktiounen, dorënner d'Personaliséierung vu Koordinatesystemer an d'Ännerung vun der Gréisst vun den Inputdaten. D'Zouverlässegkeet vun der Genauegkeet vun der Software-Anpassung gouf a ville Studien bestätegt52,54,55,56,57,58,59,60.
Beim Upassen vun enger HBM-Rugle Schabloun mat Hëllef vu Landmarken gëtt de Mesh-Modell vun der Schabloun iwwer d'Zilscandaten iwwerlagert duerch eng steif Registréierung baséiert op ICP-Technologie (Miniméierung vun der Zomm vun den Distanzen tëscht de Landmarken, déi der Schabloun an den Zilscandaten entspriechen), an duerno gëtt d'Schabloun duerch net-steif Deformatioun vum Mesh un d'Zilscandaten ugepasst. Dëse Fittingsprozess gouf dräimol widderholl mat verschiddene Wäerter vun den zwou Fittingsparameteren fir d'Genauegkeet vun der Fitting ze verbesseren. Ee vun dëse Parameter limitéiert den Ofstand tëscht dem Schablounrastermodell an den Zilscandaten, an deen aneren penaliséiert den Ofstand tëscht Schablounraster an Zilmarken. Dat deforméiert Schablounrastermodell gouf dann mat dem zyklischen Uewerflächenënnerdeelungsalgorithmus 82 ënnerdeelt fir e méi raffinéierte Mesh-Modell ze kreéieren, deen aus 17.709 Scheiwen (34.928 Polygonen) besteet. Schlussendlech gëtt dat opgedeelt Schablounrastermodell un d'Zilscandaten ugepasst fir en Homologiemodell ze generéieren. Well d'Landmarkplazen liicht anescht sinn wéi déi an den Zilscandaten, gouf den Homologiemodell fein ofgestëmmt fir se mat dem Koordinatensystem vum Kapporientéierung ze beschreiwen, dat an der viregter Sektioun beschriwwe gouf. Den duerchschnëttlechen Ofstand tëscht de korrespondéierenden homologen Modelllandmarken an den Zilscandaten an alle Proben war <0,01 mm. Berechent mat der HBM-Rugle Funktioun war den duerchschnëttlechen Ofstand tëscht den Homologiemodelldatenpunkten an den Zilscandaten 0,322 mm (Zousätzlech Tabelle S2).
Fir d'Ännerungen an der Schädelmorphologie z'erklären, goufen 17.709 Eckpunkten (53.127 XYZ-Koordinaten) vun allen homologen Modeller duerch d'Haaptkomponentenanalyse (PCA) analyséiert mat Hëllef vun der HBS-Software, déi vum Center for Digital Human Science um Institute of Advanced Industrial Science and Technology, Japan (Distributeur: Medic Engineering, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/) entwéckelt gouf. Mir hunn duerno probéiert, PCA op den netnormaliséierten Datensatz an den Datensatz, deen no der Gréisst vum Schwéierpunkt normaliséiert ass, unzewenden. Dofir kann PCA baséiert op netstandardiséierten Daten d'Schädelform vun den néng geographeschen Eenheeten méi kloer charakteriséieren an d'Komponenteninterpretatioun erliichteren wéi PCA mat standardiséierten Daten.
Dësen Artikel presentéiert d'Zuel vun den detektéierten Haaptkomponenten mat engem Bäitrag vu méi wéi 1% vun der gesamter Varianz. Fir déi Haaptkomponenten ze bestëmmen, déi am effektivsten fir d'Differenzéierung vu Gruppen iwwer grouss geografesch Eenheeten sinn, gouf eng Receiver Operating Characteristic (ROC) Analyse op Haaptkomponenten (PC) Scores mat engem Bäitrag vu méi wéi 2% 84 ugewannt. Dës Analyse generéiert eng Wahrscheinlechkeetskurve fir all PCA Komponent fir d'Klassifikatiounsleistung ze verbesseren an d'Diagrammer tëscht geografesche Gruppen korrekt ze vergläichen. De Grad vun der Diskriminatiounskraaft kann duerch d'Fläch ënner der Kurve (AUC) beurteelt ginn, wou PCA Komponenten mat gréissere Wäerter besser fäeg sinn tëscht Gruppen z'ënnerscheeden. En Chi-Quadrat Test gouf duerno duerchgefouert fir den Niveau vun der Signifikanz ze bewäerten. D'ROC Analyse gouf a Microsoft Excel mat der Bell Curve fir Excel Software (Versioun 3.21) duerchgefouert.
Fir geographesch Ënnerscheeder an der Schädelmorphologie ze visualiséieren, goufen Streckdiagrammer mat PC-Scores erstallt, déi Gruppen am effektivsten vun de wichtegste geografeschen Eenheeten ënnerscheeden. Fir d'Haaptkomponenten z'interpretéieren, gëtt eng Faarfkaart benotzt fir Modellscheiwen ze visualiséieren, déi héich mat den Haaptkomponenten korreléiert sinn. Zousätzlech goufen virtuell Representatioune vun den Enden vun den Haaptkomponentenachsen, déi bei ±3 Standardofwäichungen (SD) vun den Haaptkomponenten-Scores leien, berechent an am zousätzleche Video presentéiert.
Allometrie gouf benotzt fir d'Bezéiung tëscht Schädelform a Gréisstfaktoren ze bestëmmen, déi an der PCA-Analyse bewäert goufen. D'Analyse ass valabel fir Haaptkomponenten mat Bäiträg vun >1%. Eng Aschränkung vun dëser PCA ass, datt Formkomponenten net individuell d'Form uginn kënnen, well den net-normaliséierten Datesaz net all dimensional Faktoren ewechhëlt. Zousätzlech zu der Benotzung vun net-normaliséierten Datensätz hu mir och allometresch Trends mat PC-Fraktiounssätz analyséiert, déi op normaliséierten Schwéierpunktgréisstdaten baséieren, déi op Haaptkomponenten mat Bäiträg vun >1% ugewannt goufen.
Allometresch Tendenze goufen mat der Equatioun Y = aXb 85 getest, wou Y d'Form oder de Proportioun vun enger Formkomponent ass, X d'Mëttelschwéierpunktgréisst (Zousätzlech Tabelle S2), a e konstante Wäert ass, a b den allometresche Koeffizient ass. Dës Method féiert am Fong allometresch Wuessstumsstudien an d'geometresch Morphometrie an 78,86. Déi logarithmesch Transformatioun vun dëser Formel ass: log Y = b × log X + log a. Eng Regressiounsanalyse mat der Method vun de klengste Quadraten gouf ugewannt fir a an b ze berechnen. Wann Y (Mëttelschwéierpunktgréisst) an X (PC-Scores) logarithmesch transforméiert ginn, mussen dës Wäerter positiv sinn; awer de Set vun Schätzunge fir X enthält negativ Wäerter. Als Léisung hu mir d'Ofronnung op den absolute Wäert vum klengste Brochdeel plus 1 fir all Brochdeel an all Komponent bäigefüügt an eng logarithmesch Transformatioun op all konvertéiert positiv Brochdeeler ugewannt. D'Bedeitung vun den allometresche Koeffizienten gouf mat engem zweesäitege Student's t-Test bewäert. Dës statistesch Berechnungen fir den allometresche Wuesstum ze testen goufen mat Bell Curves an der Excel Software (Versioun 3.21) duerchgefouert.
Wolpoff, MH Klimatesch Auswierkungen op d'Nueslächer vum Skelett. Jo. J. Phys. Humanity. 29, 405–423. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330290315 (1968).
Beals, KL Kappform a Klimastress. Jo. J. Phys. Humanity. 37, 85–92. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330370111 (1972).
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 02.04.2024