Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com. Phiên bản của trình duyệt bạn đang sử dụng có hỗ trợ CSS giới hạn. Để có kết quả tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng phiên bản mới hơn của trình duyệt của bạn (hoặc tắt chế độ tương thích trong Internet Explorer). Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web mà không có kiểu dáng hoặc javascript.
Nghiên cứu này đã đánh giá sự đa dạng khu vực trong hình thái sọ người bằng cách sử dụng mô hình tương đồng hình học dựa trên dữ liệu quét từ 148 nhóm dân tộc trên khắp thế giới. Phương pháp này sử dụng công nghệ lắp mẫu để tạo các lưới tương đồng bằng cách thực hiện các phép biến đổi không cứng bằng cách sử dụng thuật toán điểm gần nhất lặp. Bằng cách áp dụng phân tích thành phần chính cho 342 mô hình tương đồng được chọn, sự thay đổi lớn nhất về kích thước tổng thể đã được tìm thấy và xác nhận rõ ràng cho một hộp sọ nhỏ từ Nam Á. Sự khác biệt lớn thứ hai là tỷ lệ chiều dài trên chiều rộng của neurocranium, cho thấy sự tương phản giữa các hộp sọ kéo dài của người châu Phi và hộp sọ lồi của người Đông Bắc Á. Điều đáng chú ý là thành phần này ít liên quan đến đường viền khuôn mặt. Các đặc điểm khuôn mặt nổi tiếng như má nhô ra ở người Đông Bắc Á và xương tối đa nhỏ gọn ở người châu Âu đã được khẳng định lại. Những thay đổi trên khuôn mặt này có liên quan chặt chẽ đến đường viền của hộp sọ, đặc biệt là mức độ nghiêng của xương trán và xương chẩm. Các mẫu allometric đã được tìm thấy theo tỷ lệ khuôn mặt liên quan đến kích thước hộp sọ tổng thể; Trong các hộp sọ lớn hơn, các phác thảo trên khuôn mặt có xu hướng dài hơn và hẹp hơn, như đã được chứng minh ở nhiều người Mỹ bản địa và Đông Bắc Á. Mặc dù nghiên cứu của chúng tôi không bao gồm dữ liệu về các biến môi trường có thể ảnh hưởng đến hình thái sọ, chẳng hạn như điều kiện khí hậu hoặc chế độ ăn uống, một bộ dữ liệu lớn của các mẫu sọ tương đồng sẽ hữu ích trong việc tìm kiếm các giải thích khác nhau cho các đặc điểm kiểu hình xương.
Sự khác biệt về địa lý về hình dạng của hộp sọ người đã được nghiên cứu trong một thời gian dài. Nhiều nhà nghiên cứu đã đánh giá sự đa dạng của thích ứng môi trường và/hoặc chọn lọc tự nhiên, đặc biệt là các yếu tố khí hậu1,2,3,4,5,6,7 hoặc chức năng mastic tùy thuộc vào điều kiện dinh dưỡng5,8,9,10, 11,12. 13 .. Ngoài ra, một số nghiên cứu đã tập trung vào các hiệu ứng tắc nghẽn, sự trôi dạt di truyền, dòng gen hoặc quá trình tiến hóa ngẫu nhiên do đột biến gen trung tính14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Ví dụ, hình dạng hình cầu của một vault sọ rộng hơn và ngắn hơn đã được giải thích là sự thích nghi với áp lực chọn lọc theo quy tắc của Allen . Ngoài ra, một số nghiên cứu sử dụng quy tắc của Bergmann đã giải thích mối quan hệ giữa kích thước hộp sọ và nhiệt độ3,5,16,25,27, cho thấy kích thước tổng thể có xu hướng lớn hơn ở các vùng lạnh hơn để ngăn ngừa mất nhiệt. Ảnh hưởng cơ học của căng thẳng mastic đối với mô hình tăng trưởng của hầm sọ và xương mặt đã được tranh luận liên quan đến điều kiện chế độ ăn uống do văn hóa ẩm thực hoặc sự khác biệt về sinh hoạt giữa nông dân và người săn bắn hái lượm8,9,11,12,28. Giải thích chung là giảm áp lực nhai làm giảm độ cứng của xương và cơ mặt. Một số nghiên cứu toàn cầu đã liên kết sự đa dạng về hình dạng hộp sọ chủ yếu với các hậu quả kiểu hình của khoảng cách di truyền trung tính thay vì thích ứng môi trường21,29,30,31,32. Một lời giải thích khác cho những thay đổi về hình dạng hộp sọ dựa trên khái niệm tăng trưởng đẳng cự hoặc allometric6,33,34,35. Ví dụ, bộ não lớn hơn có xu hướng có thùy trán tương đối rộng hơn trong vùng được gọi là vùng Cap của Broca Broca, và chiều rộng của thùy trán tăng lên, một quá trình tiến hóa được xem xét dựa trên sự tăng trưởng của sinh học. Ngoài ra, một nghiên cứu kiểm tra những thay đổi dài hạn về hình dạng hộp sọ đã tìm thấy xu hướng dị ứng đối với brachycephaly (xu hướng của hộp sọ trở nên hình cầu hơn) với độ cao tăng33.
Một lịch sử nghiên cứu lâu dài về hình thái sọ bao gồm các nỗ lực xác định các yếu tố cơ bản chịu trách nhiệm cho các khía cạnh khác nhau của sự đa dạng của hình dạng sọ. Các phương pháp truyền thống được sử dụng trong nhiều nghiên cứu ban đầu dựa trên dữ liệu đo lường tuyến tính bivariate, thường sử dụng định nghĩa Martin hoặc Howell36,37. Đồng thời, nhiều nghiên cứu được đề cập ở trên đã sử dụng các phương pháp tiên tiến hơn dựa trên công nghệ hình thái hình học 3D không gian (GM )5,7,10,11,12,13,17,20,27,34,35,38. 39. Ví dụ, phương pháp semilandmark trượt, dựa trên giảm thiểu năng lượng uốn, là phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong sinh học chuyển gen. Nó dự án các hạt bán của mẫu lên từng mẫu bằng cách trượt dọc theo đường cong hoặc bề mặt38,40,41,42,43,44,45,46. Bao gồm các phương pháp chồng chất như vậy, hầu hết các nghiên cứu GM 3D sử dụng phân tích chần chừ tổng quát, thuật toán điểm gần nhất (ICP) lặp lại 47 để cho phép so sánh trực tiếp các hình dạng và nắm bắt các thay đổi. Ngoài ra, phương pháp spline tấm mỏng (TPS) 48,49 cũng được sử dụng rộng rãi như một phương pháp chuyển đổi không cứng để ánh xạ sắp xếp bán kết thành các hình dạng dựa trên lưới.
Với sự phát triển của máy quét toàn thân 3D thực tế kể từ cuối thế kỷ 20, nhiều nghiên cứu đã sử dụng máy quét toàn thân 3D để đo kích thước50,51. Dữ liệu quét được sử dụng để trích xuất kích thước cơ thể, yêu cầu mô tả các hình dạng bề mặt là bề mặt thay vì các đám mây điểm. Phù hợp mô hình là một kỹ thuật được phát triển cho mục đích này trong lĩnh vực đồ họa máy tính, trong đó hình dạng của một bề mặt được mô tả bởi mô hình lưới đa giác. Bước đầu tiên trong lắp mô hình là chuẩn bị mô hình lưới để sử dụng làm mẫu. Một số đỉnh tạo nên mô hình là các địa danh. Mẫu sau đó bị biến dạng và phù hợp với bề mặt để giảm thiểu khoảng cách giữa mẫu và đám mây điểm trong khi bảo tồn các tính năng hình dạng cục bộ của mẫu. Các địa danh trong mẫu tương ứng với các mốc trong đám mây điểm. Sử dụng phù hợp với mẫu, tất cả dữ liệu quét có thể được mô tả như một mô hình lưới với cùng số điểm dữ liệu và cùng một cấu trúc liên kết. Mặc dù tương đồng chính xác chỉ tồn tại ở các vị trí mang tính bước ngoặt, có thể giả định rằng có sự tương đồng chung giữa các mô hình được tạo ra vì những thay đổi trong hình học của các mẫu là nhỏ. Do đó, các mô hình lưới được tạo bởi phù hợp mẫu đôi khi được gọi là mô hình tương đồng52. Ưu điểm của khớp mẫu là mẫu có thể bị biến dạng và điều chỉnh theo các phần khác nhau của đối tượng đích gần bề mặt nhưng xa nó (ví dụ: vòm zygomatic và vùng tạm thời của hộp sọ) khác. sự biến dạng. Theo cách này, mẫu có thể được bảo đảm cho các đối tượng phân nhánh như thân hoặc cánh tay, với vai ở vị trí đứng. Nhược điểm của phù hợp mẫu là chi phí tính toán cao hơn của các lần lặp lặp đi lặp lại, tuy nhiên, nhờ những cải tiến đáng kể về hiệu suất máy tính, đây không còn là vấn đề nữa. Bằng cách phân tích các giá trị tọa độ của các đỉnh tạo nên mô hình lưới bằng các kỹ thuật phân tích đa biến như phân tích thành phần chính (PCA), có thể phân tích các thay đổi trong toàn bộ hình dạng bề mặt và hình dạng ảo ở bất kỳ vị trí nào trong phân phối. có thể được nhận. Tính toán và trực quan53. Ngày nay, các mô hình lưới được tạo ra bởi sự phù hợp mẫu được sử dụng rộng rãi trong phân tích hình dạng trong các lĩnh vực khác nhau52,54,55,56,57,58,58,59,60.
Những tiến bộ trong công nghệ ghi lưới linh hoạt, cùng với sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị quét 3D di động có khả năng quét ở độ phân giải, tốc độ và tính di động cao hơn CT, giúp ghi lại dữ liệu bề mặt 3D dễ dàng hơn bất kể vị trí. Do đó, trong lĩnh vực nhân học sinh học, các công nghệ mới như vậy tăng cường khả năng định lượng và phân tích thống kê các mẫu vật của con người, bao gồm các mẫu sọ, là mục đích của nghiên cứu này.
Tóm lại, nghiên cứu này sử dụng công nghệ mô hình hóa tương đồng 3D tiên tiến dựa trên kết hợp mẫu (Hình 1) để đánh giá 342 mẫu sọ được chọn từ 148 quần thể trên toàn thế giới thông qua các so sánh địa lý trên toàn cầu. Sự đa dạng của hình thái sọ (Bảng 1). Để giải thích cho những thay đổi trong hình thái hộp sọ, chúng tôi đã áp dụng các phân tích đặc tính vận hành PCA và máy thu (ROC) vào tập dữ liệu của mô hình tương đồng mà chúng tôi đã tạo. Các phát hiện sẽ góp phần hiểu rõ hơn về những thay đổi toàn cầu trong hình thái sọ, bao gồm các mô hình khu vực và giảm thứ tự thay đổi, thay đổi tương quan giữa các phân đoạn sọ và sự hiện diện của xu hướng sinh học. Mặc dù nghiên cứu này không giải quyết dữ liệu về các biến bên ngoài được biểu thị bằng các điều kiện khí hậu hoặc chế độ ăn uống có thể ảnh hưởng đến hình thái sọ, các mô hình địa lý của hình thái sọ được ghi nhận trong nghiên cứu của chúng tôi sẽ giúp khám phá các yếu tố môi trường, cơ học sinh học và di truyền của biến thể sọ.
Bảng 2 cho thấy các hệ số đóng góp eigenvalues và PCA được áp dụng cho một bộ dữ liệu không đạt tiêu chuẩn của 17.709 đỉnh (53.127 tọa độ XYZ) của 342 mô hình hộp sọ tương đồng. Do đó, 14 thành phần chính đã được xác định, sự đóng góp của tổng phương sai là hơn 1%và tổng tỷ lệ phương sai là 83,68%. Các vectơ tải của 14 thành phần chính được ghi lại trong Bảng bổ sung S1 và điểm số thành phần được tính toán cho 342 mẫu hộp sọ được trình bày trong Bảng bổ trợ S2.
Nghiên cứu này đã đánh giá chín thành phần chính với sự đóng góp lớn hơn 2%, một số trong đó cho thấy sự thay đổi địa lý đáng kể và đáng kể trong hình thái sọ. Hình 2 Các đường cong các ô được tạo ra từ phân tích ROC để minh họa các thành phần PCA hiệu quả nhất để mô tả hoặc tách từng sự kết hợp của các mẫu trên các đơn vị địa lý chính (ví dụ, giữa các quốc gia châu Phi và không phải châu Phi). Sự kết hợp của Polynesia không được thử nghiệm do cỡ mẫu nhỏ được sử dụng trong thử nghiệm này. Dữ liệu liên quan đến tầm quan trọng của sự khác biệt trong AUC và các thống kê cơ bản khác được tính toán bằng phân tích ROC được thể hiện trong Bảng bổ sung S3.
Các đường cong ROC đã được áp dụng cho chín ước tính thành phần chính dựa trên bộ dữ liệu đỉnh bao gồm 342 mô hình hộp sọ tương đồng nam. AUC: Diện tích dưới đường cong ở mức ý nghĩa 0,01% được sử dụng để phân biệt từng sự kết hợp địa lý với các kết hợp tổng số khác. TPF là tích cực thực sự (phân biệt đối xử hiệu quả), FPF là dương tính giả (phân biệt đối xử không hợp lệ).
Việc giải thích đường cong ROC được tóm tắt dưới đây, chỉ tập trung vào các thành phần có thể phân biệt các nhóm so sánh bằng cách có AUC lớn hoặc tương đối lớn và mức độ quan trọng cao với xác suất dưới 0,001. Khu phức hợp Nam Á (Hình 2A), bao gồm chủ yếu các mẫu từ Ấn Độ, khác biệt đáng kể so với các mẫu hỗn hợp địa lý khác ở chỗ thành phần đầu tiên (PC1) có AUC lớn hơn đáng kể (0,856) so với các thành phần khác. Một đặc điểm của khu phức hợp châu Phi (Hình 2B) là AUC tương đối lớn của PC2 (0,834). Người Áo-Melanes (Hình 2C) cho thấy xu hướng tương tự với người châu Phi cận Sahara thông qua PC2 với AUC tương đối lớn hơn (0,759). Người châu Âu (Hình 2D) rõ ràng khác nhau về sự kết hợp của PC2 (AUC = 0,801), PC4 (AUC = 0,719) và PC6 (AUC = 0,671), mẫu Đông Bắc Á (Hình 2E) khác biệt đáng kể so với PC4, với tương đối Lớn hơn 0,714 và chênh lệch từ PC3 là yếu (AUC = 0,688). Các nhóm sau cũng được xác định với các giá trị AUC thấp hơn và mức ý nghĩa cao hơn: kết quả cho PC7 (AUC = 0,679), PC4 (AUC = 0,654) và PC1 (AUC = 0,649) cho thấy người Mỹ bản địa (Hình 2F) Các đặc điểm liên quan đến các thành phần này, người Đông Nam Á (Hình 2G) khác biệt giữa PC3 (AUC = 0,660) và PC9 (AUC = 0,663), nhưng mô hình cho các mẫu từ Trung Đông (Hình 2H) (bao gồm cả Bắc Phi) tương ứng. So với những người khác không có nhiều sự khác biệt.
Trong bước tiếp theo, để giải thích trực quan các đỉnh tương quan cao, các khu vực của bề mặt có giá trị tải cao lớn hơn 0,45 được tô màu với thông tin tọa độ X, Y và Z Tọa độ trục x, tương ứng với hướng ngang ngang. Vùng màu xanh lá cây có mối tương quan cao với tọa độ thẳng đứng của trục Y và vùng màu xanh đậm có mối tương quan cao với tọa độ sagittal của trục Z. Vùng màu xanh nhạt được liên kết với các trục tọa độ Y và các trục tọa độ Z; màu hồng - diện tích hỗn hợp liên quan đến trục tọa độ X và Z; Vàng - diện tích liên quan đến trục tọa độ X và Y; Vùng màu trắng bao gồm trục tọa độ X, Y và Z được phản ánh. Do đó, ở ngưỡng giá trị tải này, PC 1 chủ yếu được liên kết với toàn bộ bề mặt của hộp sọ. Hình dạng hộp sọ ảo 3 SD ở phía đối diện của trục thành phần này cũng được mô tả trong hình này và hình ảnh bị cong vênh được trình bày trong video bổ sung S1 để xác nhận trực quan rằng PC1 chứa các yếu tố có kích thước hộp sọ tổng thể.
Phân phối tần số của điểm PC1 (đường cong phù hợp bình thường), bản đồ màu của bề mặt hộp sọ tương quan cao với các đỉnh PC1 (giải thích về màu sắc so với độ lớn của các mặt đối diện của trục này là 3 SD. của 50 mm.
Hình 3 cho thấy một biểu đồ phân phối tần số (đường cong phù hợp bình thường) của các điểm PC1 riêng lẻ được tính toán riêng cho 9 đơn vị địa lý. Ngoài các ước tính đường cong ROC (Hình 2), ước tính của người Nam Á ở một mức độ nào đó bị lệch đáng kể ở bên trái vì hộp sọ của họ nhỏ hơn so với các nhóm khu vực khác. Như được chỉ ra trong Bảng 1, những người Nam Á này đại diện cho các nhóm dân tộc ở Ấn Độ bao gồm Quần đảo Andaman và Nicobar, Sri Lanka và Bangladesh.
Hệ số kích thước được tìm thấy trên PC1. Việc phát hiện ra các vùng tương quan cao và hình dạng ảo dẫn đến việc làm sáng tỏ các yếu tố hình thức cho các thành phần khác với PC1; Tuy nhiên, các yếu tố kích thước không phải lúc nào cũng được loại bỏ hoàn toàn. Như được hiển thị bằng cách so sánh các đường cong ROC (Hình 2), PC2 và PC4 là phân biệt đối xử nhất, tiếp theo là PC6 và PC7. PC3 và PC9 rất hiệu quả trong việc chia quần thể mẫu thành các đơn vị địa lý. Do đó, các cặp trục thành phần này mô tả sơ đồ các biểu đồ tán xạ của điểm số PC và bề mặt màu tương quan cao với từng thành phần, cũng như các biến dạng hình dạng ảo với kích thước của các mặt đối diện của 3 SD (Hình 4, 5, 6). Phạm vi vỏ lồi của các mẫu từ mỗi đơn vị địa lý được biểu thị trong các ô này là khoảng 90%, mặc dù có một số mức độ chồng chéo trong các cụm. Bảng 3 cung cấp một lời giải thích về từng thành phần PCA.
Các biểu đồ phân tán của điểm PC2 và PC4 cho các cá thể sọ từ chín đơn vị địa lý (trên cùng) và bốn đơn vị địa lý (dưới cùng), các lô màu bề mặt hộp sọ của các đỉnh tương quan cao với mỗi PC (so với X, Y, Z). Giải thích màu của các trục: xem văn bản) và biến dạng của dạng ảo ở các mặt đối diện của các trục này là 3 SD. Tỷ lệ là một quả cầu màu xanh lá cây có đường kính 50 mm.
Các biểu đồ phân tán của điểm PC6 và PC7 cho các cá thể sọ từ chín đơn vị địa lý (trên cùng) và hai đơn vị địa lý (dưới cùng), các sơ đồ màu bề mặt sọ cho các đỉnh tương quan cao với mỗi PC (so với X, Y, Z). Giải thích màu của các trục: xem văn bản) và biến dạng của dạng ảo ở các mặt đối diện của các trục này là 3 SD. Tỷ lệ là một quả cầu màu xanh lá cây có đường kính 50 mm.
Các biểu đồ tán xạ của điểm PC3 và PC9 cho các cá thể sọ từ chín đơn vị địa lý (trên cùng) và ba đơn vị địa lý (dưới) và các ô màu của bề mặt hộp sọ (liên quan đến x, y, z) : CM. văn bản), cũng như các biến dạng hình dạng ảo ở các mặt đối diện của các trục này với cường độ 3 SD. Tỷ lệ là một quả cầu màu xanh lá cây có đường kính 50 mm.
Trong biểu đồ hiển thị điểm số của PC2 và PC4 (Hình 4, video bổ sung S2, S3 hiển thị hình ảnh bị biến dạng), bản đồ màu bề mặt cũng được hiển thị khi ngưỡng giá trị tải được đặt cao hơn 0,4, thấp hơn PC1 vì trong PC1 vì Giá trị PC2 Tổng tải nhỏ hơn trong PC1.
Độ giãn dài của thùy trán và chẩm theo hướng sagittal dọc theo trục z (màu xanh đậm) và thùy parietal theo hướng vành (màu đỏ) trên màu hồng), trục y của chẩm (màu xanh lá cây) và trục z của trán (màu xanh đậm). Biểu đồ này cho thấy điểm số cho tất cả mọi người trên khắp thế giới; Tuy nhiên, khi tất cả các mẫu bao gồm một số lượng lớn các nhóm được hiển thị đồng thời, việc giải thích các mẫu tán xạ là khá khó khăn do số lượng lớn sự chồng chéo; Do đó, chỉ từ bốn đơn vị địa lý chính (nghĩa là Châu Phi, Australasia-Melanesia, Châu Âu và Đông Bắc Á), các mẫu nằm rải rác bên dưới biểu đồ với 3 biến dạng sọ ảo SD trong phạm vi điểm PC này. Trong hình, PC2 và PC4 là các cặp điểm số. Người châu Phi và người Áo-Melanes người chồng chéo nhiều hơn và được phân phối về phía bên phải, trong khi người châu Âu nằm rải rác về phía trên bên trái và Đông Bắc Á có xu hướng phân cụm về phía dưới bên trái. Trục ngang của PC2 cho thấy người Melanes người châu Phi/Úc có một neurocranium tương đối dài hơn những người khác. PC4, trong đó các kết hợp châu Âu và Đông Bắc Á được tách ra một cách lỏng lẻo, có liên quan đến kích thước tương đối và hình chiếu của xương zygomatic và đường viền bên của calvarium. Kế hoạch ghi điểm cho thấy người châu Âu có xương tối đa và zygomatic tương đối hẹp, một không gian fossa thái dương nhỏ hơn được giới hạn bởi vòm zygomatic, xương trước cao và xương chẩm thấp, ở vùng Đông Bắc có xu hướng có xương zygomatic nổi bật hơn và nổi bật hơn . Thùy trán nghiêng, cơ sở của xương chẩm được nâng lên.
Khi tập trung vào PC6 và PC7 (Hình 5) (Video bổ sung S4, S5 hiển thị hình ảnh bị biến dạng), biểu đồ màu hiển thị ngưỡng giá trị tải lớn hơn 0,3, cho thấy PC6 được liên kết với hình thái tối đa hoặc phế nang (trục đỏ: X và màu xanh lá). Trục y), hình xương thời gian (màu xanh lam: trục y và z) và hình xương chẩm (màu hồng: x và z). Ngoài chiều rộng trán (màu đỏ: trục X), PC7 cũng tương quan với chiều cao của phế nang tối đa trước (màu xanh lá cây: trục y) và hình dạng đầu trục z xung quanh vùng parietotemporal (màu xanh đậm). Trong bảng trên cùng của Hình 5, tất cả các mẫu địa lý được phân phối theo điểm số thành phần PC6 và PC7. Do ROC chỉ ra rằng PC6 chứa các tính năng duy nhất ở Châu Âu và PC7 đại diện cho các tính năng của người Mỹ bản địa trong phân tích này, hai mẫu khu vực này đã được vẽ một cách chọn lọc trên cặp trục thành phần này. Người Mỹ bản địa, mặc dù được bao gồm rộng rãi trong mẫu, nằm rải rác ở góc trên bên trái; Ngược lại, nhiều mẫu châu Âu có xu hướng được đặt ở góc dưới bên phải. Cặp PC6 và PC7 đại diện cho quá trình phế nang hẹp và thần kinh tương đối rộng của người châu Âu, trong khi người Mỹ được đặc trưng bởi một trán hẹp, maxilla lớn hơn và quá trình phế nang rộng hơn và cao hơn.
Phân tích ROC cho thấy PC3 và/hoặc PC9 là phổ biến ở dân số Đông Nam và Đông Bắc Á. Theo đó, điểm số PC3 (mặt trên màu xanh lá cây trên trục y) và PC9 (mặt dưới màu xanh lá cây trên trục y) (Hình 6; video bổ sung S6, S7 cung cấp hình ảnh biến hình) phản ánh sự đa dạng của người Đông Á. , tương phản mạnh mẽ với tỷ lệ khuôn mặt cao của người Đông Bắc Á và hình dạng khuôn mặt thấp của người Đông Nam Á. Bên cạnh các đặc điểm trên khuôn mặt này, một đặc điểm khác của một số người Đông Bắc Á là độ nghiêng của xương chẩm, trong khi một số người Đông Nam Á có một cơ sở hộp sọ hẹp.
Mô tả trên về các thành phần chính và mô tả PC5 và PC8 đã bị bỏ qua vì không có đặc điểm khu vực cụ thể nào được tìm thấy trong số chín đơn vị địa lý chính. PC5 đề cập đến kích thước của quá trình mastoid của xương thái dương và PC8 phản ánh sự bất đối xứng của hình dạng hộp sọ tổng thể, cả hai đều cho thấy các biến thể song song giữa chín kết hợp mẫu địa lý.
Ngoài các biểu đồ phân tán của điểm số PCA cấp độ cá nhân, chúng tôi cũng cung cấp các biểu đồ phân tán của phương tiện nhóm để so sánh tổng thể. Cuối cùng, một mô hình tương đồng sọ trung bình được tạo ra từ một tập dữ liệu đỉnh của các mô hình tương đồng riêng lẻ từ 148 nhóm dân tộc. Các ô bivariate của các bộ điểm cho PC2 và PC4, PC6 và PC7, và PC3 và PC9 được hiển thị trong Hình S1 bổ sung, tất cả đều được tính là mô hình hộp sọ trung bình cho mẫu của 148 cá thể. Theo cách này, các biểu đồ tán xạ ẩn sự khác biệt cá nhân trong mỗi nhóm, cho phép giải thích rõ ràng hơn về sự tương đồng của hộp sọ do các phân phối khu vực cơ bản, trong đó các mẫu phù hợp với các mô hình được mô tả trong các lô riêng lẻ với ít trùng lặp hơn. Hình bổ sung S2 cho thấy mô hình trung bình tổng thể cho mỗi đơn vị địa lý.
Ngoài PC1, có liên quan đến kích thước tổng thể (Bảng bổ trợ S2), mối quan hệ tính không đồng nhất giữa kích thước tổng thể và hình dạng hộp sọ đã được kiểm tra bằng kích thước centroid và bộ ước tính PCA từ dữ liệu không chuẩn hóa. Các hệ số allometric, giá trị không đổi, giá trị T và giá trị p trong thử nghiệm ý nghĩa được thể hiện trong Bảng 4. Không có thành phần mẫu nào đáng kể liên quan đến kích thước hộp sọ tổng thể được tìm thấy trong bất kỳ hình thái sọ nào ở mức p <0,05.
Bởi vì một số yếu tố kích thước có thể được bao gồm trong các ước tính PC dựa trên các bộ dữ liệu không chuẩn hóa, chúng tôi đã kiểm tra thêm xu hướng sinh chứng giữa kích thước centroid và điểm PC được tính toán bằng cách sử dụng các bộ dữ liệu được chuẩn hóa bởi kích thước trung tâm (kết quả PCA và bộ điểm được trình bày trong bảng bổ sung S6 ). , C7). Bảng 4 cho thấy kết quả của phân tích allometric. Do đó, các xu hướng allometric đáng kể đã được tìm thấy ở mức 1% trong PC6 và ở mức 5% trong PC10. Hình 7 cho thấy độ dốc hồi quy của các mối quan hệ tuyến tính nhật ký này giữa điểm số PC và kích thước centroid với hình nộm (± 3 SD) ở hai đầu của kích thước trung tâm nhật ký. Điểm PC6 là tỷ lệ chiều cao và chiều rộng tương đối của hộp sọ. Khi kích thước của hộp sọ tăng lên, hộp sọ và mặt trở nên cao hơn, và trán, hốc mắt và lỗ mũi có xu hướng gần nhau hơn. Mô hình phân tán mẫu cho thấy tỷ lệ này thường được tìm thấy ở người Đông Bắc Á và người Mỹ bản địa. Hơn nữa, PC10 cho thấy xu hướng giảm tỷ lệ chiều rộng midface bất kể vùng địa lý.
Đối với các mối quan hệ sinh học đáng kể được liệt kê trong bảng, độ dốc của hồi quy log-tuyến tính giữa tỷ lệ PC của thành phần hình dạng (thu được từ dữ liệu được chuẩn hóa) và kích thước trung tâm, biến dạng hình dạng ảo có kích thước 3 SD trên Mặt đối diện của dòng 4.
Mô hình sau đây của những thay đổi trong hình thái sọ đã được chứng minh thông qua việc phân tích các bộ dữ liệu của các mô hình bề mặt 3D tương đồng. Thành phần đầu tiên của PCA liên quan đến kích thước hộp sọ tổng thể. Từ lâu, người ta đã nghĩ rằng những hộp sọ nhỏ hơn của người Nam Á, bao gồm các mẫu vật từ Ấn Độ, Sri Lanka và Quần đảo Andaman, Bangladesh, là do kích thước cơ thể nhỏ hơn của chúng, phù hợp với quy tắc sinh thái của Bergmann hoặc quy tắc đảo613,5,16,25, 27,62. Đầu tiên có liên quan đến nhiệt độ, và thứ hai phụ thuộc vào không gian và nguồn thực phẩm có sẵn của hốc sinh thái. Trong số các thành phần của hình dạng, sự thay đổi lớn nhất là tỷ lệ chiều dài và chiều rộng của kho tiền sọ. Tính năng này, được chỉ định là PC2, mô tả mối quan hệ chặt chẽ giữa các hộp sọ kéo dài theo tỷ lệ của người Áo-Melanes và người châu Phi, cũng như sự khác biệt so với hộp sọ hình cầu của một số người châu Âu và Đông Bắc Á. Những đặc điểm này đã được báo cáo trong nhiều nghiên cứu trước đây dựa trên các phép đo tuyến tính đơn giản37,63,64. Hơn nữa, đặc điểm này có liên quan đến brachycephaly ở những người không phải người châu Phi, từ lâu đã được thảo luận trong các nghiên cứu nhân trắc học và xương. Giả thuyết chính đằng sau lời giải thích này là việc giảm độ mịn, chẳng hạn như mỏng cơ thái dương, làm giảm áp lực lên da đầu ngoài5,8,9,10,11,12,13. Một giả thuyết khác liên quan đến sự thích nghi với khí hậu lạnh bằng cách giảm diện tích bề mặt đầu, cho thấy rằng hộp sọ hình cầu hơn giảm thiểu diện tích bề mặt tốt hơn hình cầu, theo quy tắc của Allen16,17,25. Dựa trên kết quả của nghiên cứu hiện tại, những giả thuyết này chỉ có thể được đánh giá dựa trên mối tương quan chéo của các phân đoạn sọ. Tóm lại, kết quả PCA của chúng tôi không hỗ trợ đầy đủ cho giả thuyết rằng tỷ lệ chiều rộng sọ bị ảnh hưởng đáng kể bởi các điều kiện nhai, vì tải PC2 (thành phần dài/brachycephalic) không liên quan đáng kể đến tỷ lệ khuôn mặt (bao gồm kích thước tối đa tương đối). và không gian tương đối của fossa thái dương (phản ánh khối lượng của cơ thái dương). Nghiên cứu hiện tại của chúng tôi không phân tích mối quan hệ giữa hình dạng hộp sọ và các điều kiện môi trường địa chất như nhiệt độ; Tuy nhiên, một lời giải thích dựa trên quy tắc của Allen có thể đáng để xem xét là một giả thuyết ứng cử viên để giải thích Brachycephalon ở các vùng khí hậu lạnh.
Sự thay đổi đáng kể sau đó đã được tìm thấy trong PC4, cho thấy người Đông Bắc Á có xương zygomatic lớn, nổi bật trên xương maxilla và zygomatic. Phát hiện này phù hợp với một đặc điểm cụ thể nổi tiếng của người Siberia, những người được cho là đã thích nghi với khí hậu cực kỳ lạnh bằng chuyển động về phía trước của xương zygomatic, dẫn đến tăng thể tích của xoang và mặt phẳng hơn 65. Một phát hiện mới từ mô hình tương đồng của chúng tôi là gò má rủ xuống ở người châu Âu có liên quan đến việc giảm độ dốc phía trước, cũng như xương chẩm và chẩm hẹp và độ lõm của nuchal. Ngược lại, người Đông Bắc Á có xu hướng có trán dốc và các vùng chẩm nâng lên. Các nghiên cứu về xương chẩm bằng các phương pháp hình thái hình học35 đã chỉ ra rằng hộp sọ châu Á và châu Âu có đường cong nuchal phẳng hơn và vị trí thấp hơn của chẩm so với người châu Phi. Tuy nhiên, các biểu đồ phân tán của chúng tôi về các cặp PC2 và PC4 và PC3 và PC9 cho thấy sự khác biệt lớn hơn ở người châu Á, trong khi người châu Âu được đặc trưng bởi một cơ sở phẳng của chẩm và chẩm thấp hơn. Sự không nhất quán trong các đặc điểm châu Á giữa các nghiên cứu có thể là do sự khác biệt trong các mẫu dân tộc được sử dụng, vì chúng tôi đã lấy mẫu một số lượng lớn các nhóm dân tộc từ một phổ rộng của Đông Bắc và Đông Nam Á. Những thay đổi về hình dạng của xương chẩm thường liên quan đến sự phát triển cơ bắp. Tuy nhiên, lời giải thích thích ứng này không giải thích cho mối tương quan giữa hình dạng trán và chẩm, đã được chứng minh trong nghiên cứu này nhưng không có khả năng được chứng minh đầy đủ. Về vấn đề này, đáng để xem xét mối quan hệ giữa cân bằng trọng lượng cơ thể và trung tâm của trọng lực hoặc ngã ba cổ tử cung (Foramen Magnum) hoặc các yếu tố khác.
Một thành phần quan trọng khác có sự thay đổi lớn có liên quan đến sự phát triển của bộ máy mastic, được biểu thị bằng fossae tối đa và thời gian, được mô tả bằng sự kết hợp của điểm số PC6, PC7 và PC4. Những giảm rõ rệt trong các phân đoạn sọ đặc trưng cho các cá nhân châu Âu nhiều hơn bất kỳ nhóm địa lý nào khác. Tính năng này đã được giải thích là kết quả của sự ổn định của hình thái mặt do sự phát triển sớm của các kỹ thuật chuẩn bị nông nghiệp và thực phẩm, từ đó làm giảm tải trọng cơ học trên thiết bị mastic mà không có thiết bị mastictatory9,12,28,66. Theo giả thuyết chức năng mastic, 28 Điều này đi kèm với sự thay đổi trong sự uốn cong của cơ sở hộp sọ thành một góc sọ cấp tính hơn và một mái sọ hình cầu hơn. Từ quan điểm này, các quần thể nông nghiệp có xu hướng có khuôn mặt nhỏ gọn, ít nhô ra của bắt buộc và một màng não toàn cầu hơn. Do đó, biến dạng này có thể được giải thích bằng phác thảo chung về hình dạng bên của hộp sọ của người châu Âu với các cơ quan mastic giảm. Tuy nhiên, theo nghiên cứu này, cách giải thích này rất phức tạp vì ý nghĩa chức năng của mối quan hệ hình thái giữa neucranium globose và sự phát triển của bộ máy mastic là ít được chấp nhận, như được xem xét trong các giải thích trước đây của PC2.
Sự khác biệt giữa người Đông Bắc Á và Đông Nam Á được minh họa bằng sự tương phản giữa một khuôn mặt cao với xương chẩm dốc và một khuôn mặt ngắn với đế hộp sọ hẹp, như thể hiện trong PC3 và PC9. Do thiếu dữ liệu địa lý, nghiên cứu của chúng tôi chỉ cung cấp một lời giải thích hạn chế cho phát hiện này. Một lời giải thích có thể là sự thích nghi với một điều kiện khí hậu hoặc dinh dưỡng khác nhau. Ngoài sự thích nghi sinh thái, sự khác biệt địa phương trong lịch sử dân số ở Đông Bắc và Đông Nam Á cũng được tính đến. Ví dụ, ở miền đông Eurasia, một mô hình hai lớp đã được đưa ra giả thuyết để hiểu sự phân tán của con người hiện đại giải phẫu (AMH) dựa trên dữ liệu hình thái sọ67,68. Theo mô hình này, các thuộc địa cấp đầu tiên của người Viking, nghĩa là các nhóm thực dân AMH Pleistocene muộn, có ít nhiều là người dân trực tiếp từ cư dân bản địa của khu vực, như người Áo-Melanes hiện đại (p. Stratum đầu tiên). , và sau đó đã trải qua sự kết hợp quy mô lớn của các dân tộc nông nghiệp phía bắc với các đặc điểm Đông Bắc Á (lớp thứ hai) vào khu vực (khoảng 4.000 năm trước). Dòng chảy gen được ánh xạ bằng cách sử dụng mô hình hai lớp của người Viking sẽ là cần thiết để hiểu hình dạng sọ Đông Nam Á, cho rằng hình dạng sọ Đông Nam Á có thể phụ thuộc một phần vào di truyền cấp một địa phương.
Bằng cách đánh giá sự tương tự sọ bằng cách sử dụng các đơn vị địa lý được ánh xạ bằng các mô hình tương đồng, chúng ta có thể suy ra lịch sử dân số cơ bản của AMF trong các kịch bản bên ngoài châu Phi. Nhiều mô hình khác nhau của Châu Phi đã được đề xuất để giải thích sự phân phối AMF dựa trên dữ liệu bộ xương và bộ gen. Trong số này, các nghiên cứu gần đây cho thấy thực dân AMH của các khu vực bên ngoài châu Phi đã bắt đầu khoảng 177.000 năm trước69,70. Tuy nhiên, sự phân bố AMF đường dài trong Eurasia trong giai đoạn này vẫn chưa chắc chắn, vì môi trường sống của những hóa thạch đầu tiên này chỉ giới hạn ở Trung Đông và Địa Trung Hải gần châu Phi. Trường hợp đơn giản nhất là một khu định cư duy nhất dọc theo tuyến đường di cư từ Châu Phi đến Âu Á, bỏ qua các rào cản địa lý như dãy Hy Mã Lạp Sơn. Một mô hình khác cho thấy nhiều làn sóng di cư, đầu tiên lan ra từ châu Phi dọc theo bờ biển Ấn Độ Dương đến Đông Nam Á và Úc, và sau đó lan sang Bắc Âu Á. Hầu hết các nghiên cứu này xác nhận rằng AMF đã lan rộng ra ngoài châu Phi khoảng 60.000 năm trước. Về mặt này, các mẫu Australasian-Melanesian (bao gồm cả Papua) cho thấy sự tương đồng lớn hơn với các mẫu châu Phi so với bất kỳ loạt địa lý nào khác trong phân tích thành phần chính của các mô hình tương đồng. Phát hiện này ủng hộ giả thuyết rằng các nhóm phân phối AMF đầu tiên dọc theo rìa phía nam của Á -Âu phát sinh trực tiếp ở Châu Phi22,68 mà không có những thay đổi hình thái đáng kể để đáp ứng với khí hậu cụ thể hoặc các điều kiện quan trọng khác.
Liên quan đến sự tăng trưởng sinh sản, phân tích sử dụng các thành phần hình dạng có nguồn gốc từ một dữ liệu khác nhau được chuẩn hóa bởi kích thước centroid đã chứng minh một xu hướng sinh chứng đáng kể trong PC6 và PC10. Cả hai thành phần đều liên quan đến hình dạng của trán và các phần của khuôn mặt, trở nên hẹp hơn khi kích thước của hộp sọ tăng lên. Người Đông Bắc Á và Mỹ có xu hướng có tính năng này và có hộp sọ tương đối lớn. Phát hiện này mâu thuẫn trước đây đã báo cáo các mô hình allometric, trong đó bộ não lớn hơn có thùy trán tương đối rộng hơn trong khu vực được gọi là vùng Cap của Broca, dẫn đến tăng chiều rộng thùy phía trước. Những khác biệt này được giải thích bởi sự khác biệt trong các bộ mẫu; Nghiên cứu của chúng tôi đã phân tích các mô hình sinh học có kích thước sọ tổng thể bằng cách sử dụng các quần thể hiện đại và các nghiên cứu so sánh giải quyết các xu hướng dài hạn trong quá trình tiến hóa của con người liên quan đến kích thước não.
Liên quan đến phép đo toàn mặt, một nghiên cứu sử dụng dữ liệu sinh trắc học78 cho thấy hình dạng và kích thước khuôn mặt có thể tương quan một chút, trong khi nghiên cứu của chúng tôi cho thấy các hộp sọ lớn hơn có xu hướng liên quan đến các mặt cao hơn, hẹp hơn. Tuy nhiên, tính nhất quán của dữ liệu sinh trắc học là không rõ ràng; Các xét nghiệm hồi quy so sánh allometry ontogenetic và allometry tĩnh cho thấy kết quả khác nhau. Một xu hướng allometric đối với một hình dạng hộp sọ hình cầu do chiều cao tăng cũng đã được báo cáo; Tuy nhiên, chúng tôi đã không phân tích dữ liệu chiều cao. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng không có dữ liệu tổng số nào chứng minh mối tương quan giữa tỷ lệ toàn cầu sọ và kích thước sọ tổng thể mỗi se.
Mặc dù nghiên cứu hiện tại của chúng tôi không liên quan đến dữ liệu về các biến bên ngoài được biểu thị bằng các điều kiện khí hậu hoặc chế độ ăn uống có khả năng ảnh hưởng đến hình thái sọ, bộ dữ liệu lớn của các mô hình bề mặt sọ 3D tương đồng được sử dụng trong nghiên cứu này sẽ giúp đánh giá sự thay đổi hình thái kiểu hình tương quan. Các yếu tố môi trường như chế độ ăn uống, khí hậu và điều kiện dinh dưỡng, cũng như các lực trung tính như di cư, dòng gen và trôi dạt di truyền.
Nghiên cứu này bao gồm 342 mẫu sọ nam được thu thập từ 148 quần thể trong 9 đơn vị địa lý (Bảng 1). Hầu hết các nhóm là mẫu vật bản địa về địa lý, trong khi một số nhóm ở Châu Phi, Đông Bắc/Đông Nam Á và Châu Mỹ (được liệt kê bằng chữ in nghiêng) được xác định về mặt dân tộc. Nhiều mẫu vật sọ đã được chọn từ cơ sở dữ liệu đo sọ theo định nghĩa đo sọ Martin được cung cấp bởi Tsunehiko Hanihara. Chúng tôi đã chọn hộp sọ nam đại diện từ tất cả các nhóm dân tộc trên thế giới. Để xác định các thành viên của mỗi nhóm, chúng tôi đã tính toán khoảng cách Euclide dựa trên 37 phép đo sọ từ nhóm có nghĩa là cho tất cả các cá nhân thuộc nhóm đó. Trong hầu hết các trường hợp, chúng tôi đã chọn các mẫu 1 1 với khoảng cách nhỏ nhất so với giá trị trung bình (Bảng bổ sung S4). Đối với các nhóm này, một số mẫu được chọn ngẫu nhiên nếu chúng không được liệt kê trong cơ sở dữ liệu đo Hahara.
Để so sánh thống kê, 148 mẫu dân số được nhóm thành các đơn vị địa lý chính, như trong Bảng 1. Nhóm Châu Phi của người Hồi giáo chỉ bao gồm các mẫu từ khu vực cận Sahara. Các mẫu vật từ Bắc Phi đã được đưa vào Trung Đông, cùng với các mẫu vật từ Tây Á với điều kiện tương tự. Nhóm Đông Bắc Á chỉ bao gồm những người gốc châu Âu và nhóm Mỹ chỉ bao gồm người Mỹ bản địa. Đặc biệt, nhóm này được phân phối trên một khu vực rộng lớn của các lục địa Bắc và Nam Mỹ, trong nhiều môi trường khác nhau. Tuy nhiên, chúng tôi xem xét mẫu Hoa Kỳ trong đơn vị địa lý duy nhất này, với lịch sử nhân khẩu học của người Mỹ bản địa được coi là có nguồn gốc từ Đông Bắc Á, bất kể nhiều cuộc di cư 80.
Chúng tôi đã ghi lại dữ liệu bề mặt 3D của các mẫu sọ tương phản này bằng máy quét 3D có độ phân giải cao (Einscan Pro bằng cách Shining 3D Co Ltd, độ phân giải tối thiểu: 0,5 mm, https://www.shining3d.com/) và sau đó tạo ra một lưới. Mô hình lưới bao gồm khoảng 200.000 đỉnh400.000, và phần mềm được bao gồm được sử dụng để lấp đầy các lỗ và các cạnh mịn.
Trong bước đầu tiên, chúng tôi đã sử dụng dữ liệu quét từ bất kỳ hộp sọ nào để tạo mô hình hộp sọ lưới đơn tấm bao gồm 4485 đỉnh (8728 mặt đa giác). Cơ sở của vùng hộp sọ, bao gồm xương sphenoid, xương thái dương, vòm miệng, phế nang tối đa và răng, đã được loại bỏ khỏi mô hình lưới mẫu. Lý do là các cấu trúc này đôi khi không đầy đủ hoặc khó hoàn thành do các phần sắc nhọn mỏng hoặc mỏng như bề mặt ppetgoid và quá trình styloid, đeo răng và/hoặc tập hợp răng không nhất quán. Cơ sở hộp sọ xung quanh foramen magnum, bao gồm cả cơ sở, không được cắt bỏ vì đây là một vị trí quan trọng về mặt giải phẫu cho vị trí của các khớp cổ tử cung và chiều cao của hộp sọ phải được đánh giá. Sử dụng vòng gương để tạo thành một mẫu đối xứng ở cả hai bên. Thực hiện chia lưới đẳng hướng để chuyển đổi hình dạng đa giác thành công bằng nhất có thể.
Tiếp theo, 56 địa danh được gán cho các đỉnh tương ứng về mặt giải phẫu của mô hình mẫu bằng phần mềm HBM-Rugle. Các thiết lập mang tính bước ngoặt đảm bảo tính chính xác và ổn định của định vị bước ngoặt và đảm bảo sự tương đồng của các vị trí này trong mô hình tương đồng được tạo ra. Chúng có thể được xác định dựa trên các đặc điểm cụ thể của chúng, như thể hiện trong Bảng bổ trợ S5 và Hình S3 bổ sung. Theo DENSILE81 của Bookstein, hầu hết các địa danh này là các địa danh loại I nằm ở giao điểm của ba cấu trúc và một số địa danh loại II với các điểm có độ cong tối đa. Nhiều địa danh đã được chuyển từ các điểm được xác định cho các phép đo sọ tuyến tính theo định nghĩa của Martin 36.
Một hệ tọa độ trung tâm được xác định để mô tả dữ liệu và mẫu quét, như được hiển thị trong Hình S4 bổ sung. Mặt phẳng XZ là mặt phẳng ngang Frankfurt đi qua điểm cao nhất (định nghĩa của Martin: một phần) của cạnh cao cấp của các kênh thính giác bên ngoài bên trái và bên phải và điểm thấp nhất (định nghĩa của Martin: quỹ đạo) của cạnh dưới của quỹ đạo trái . . Trục X là đường nối kết nối các cạnh trái và bên phải và X+ là bên phải. Mặt phẳng YZ đi qua giữa các phần bên trái và bên phải và gốc của mũi: y+ lên, z+ về phía trước. Điểm tham chiếu (gốc: tọa độ không) được đặt ở giao điểm của mặt phẳng YZ (mặt phẳng giữa), mặt phẳng XZ (mặt phẳng Frankfort) và mặt phẳng XY (mặt phẳng vành).
Chúng tôi đã sử dụng phần mềm HBM-Rugle (Medic Engineering, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/) để tạo mô hình lưới tương đồng bằng cách thực hiện phù hợp mẫu bằng cách sử dụng 56 điểm mốc (bên trái của Hình 1). Thành phần phần mềm cốt lõi, ban đầu được phát triển bởi Trung tâm nghiên cứu con người kỹ thuật số tại Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp Tiên tiến tại Nhật Bản, được gọi là HBM và có chức năng phù hợp với các mẫu bằng cách sử dụng các mốc và tạo các mô hình lưới tốt bằng cách sử dụng các bề mặt phân vùng82. Phiên bản phần mềm tiếp theo (MHBM) 83 đã thêm một tính năng để phù hợp với mô hình mà không cần các mốc để cải thiện hiệu suất phù hợp. HBM-Rugle kết hợp phần mềm MHBM với các tính năng thân thiện với người dùng bổ sung bao gồm tùy chỉnh các hệ tọa độ và thay đổi kích thước dữ liệu đầu vào. Độ tin cậy của độ chính xác phù hợp với phần mềm đã được xác nhận trong nhiều nghiên cứu52,54,55,56,57,58,59,60.
Khi lắp mẫu HBM-Rugle bằng các mốc, mô hình lưới của mẫu được đặt chồng lên dữ liệu quét đích bằng cách đăng ký cứng nhắc dựa trên công nghệ ICP (giảm thiểu tổng số khoảng cách giữa các mốc tương ứng với mẫu và dữ liệu quét đích) và Sau đó, bằng cách biến dạng không cứng của lưới điều chỉnh mẫu với dữ liệu quét đích. Quá trình phù hợp này được lặp lại ba lần bằng cách sử dụng các giá trị khác nhau của hai tham số phù hợp để cải thiện độ chính xác của khớp. Một trong những tham số này giới hạn khoảng cách giữa mô hình lưới mẫu và dữ liệu quét đích và cái khác xử phạt khoảng cách giữa các mốc mẫu và các mốc đích. Mô hình lưới mẫu bị biến dạng sau đó được chia nhỏ bằng thuật toán phân khu bề mặt theo chu kỳ 82 để tạo ra một mô hình lưới tinh chế hơn bao gồm 17.709 đỉnh (34.928 polygons). Cuối cùng, mô hình lưới mẫu được phân vùng phù hợp với dữ liệu quét mục tiêu để tạo mô hình tương đồng. Vì các vị trí mang tính bước ngoặt hơi khác với các vị trí trong dữ liệu quét mục tiêu, mô hình tương đồng đã được tinh chỉnh để mô tả chúng bằng hệ thống tọa độ định hướng đầu được mô tả trong phần trước. Khoảng cách trung bình giữa các mốc mô hình tương đồng tương ứng và dữ liệu quét mục tiêu trong tất cả các mẫu là <0,01 mm. Được tính toán bằng hàm HBM-Rugle, khoảng cách trung bình giữa các điểm dữ liệu mô hình tương đồng và dữ liệu quét đích là 0,322 mM (Bảng bổ sung S2).
Để giải thích những thay đổi trong hình thái sọ, 17.709 đỉnh (tọa độ 53.127 XYZ) của tất cả các mô hình tương đồng đã được phân tích bằng phân tích thành phần chính (PCA) sử dụng phần mềm HBS do Trung tâm Khoa học Con người được tạo ra tại Viện Khoa học và Công nghệ Công nghiệp tiên tiến. , Nhật Bản (Đại lý phân phối: Kỹ thuật Medic, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/). Sau đó, chúng tôi đã cố gắng áp dụng PCA vào tập dữ liệu không được chuẩn hóa và tập dữ liệu được chuẩn hóa bằng kích thước centroid. Do đó, PCA dựa trên dữ liệu không tiêu chuẩn có thể mô tả rõ ràng hình dạng sọ của chín đơn vị địa lý và tạo điều kiện giải thích thành phần so với PCA sử dụng dữ liệu được tiêu chuẩn hóa.
Bài viết này trình bày số lượng các thành phần chính được phát hiện với sự đóng góp của hơn 1% tổng phương sai. Để xác định các thành phần chính hiệu quả nhất trong các nhóm khác biệt giữa các đơn vị địa lý chính, phân tích đặc tính hoạt động của máy thu (ROC) đã được áp dụng cho điểm số thành phần chính (PC) với đóng góp lớn hơn 2% 84. Phân tích này tạo ra một đường cong xác suất cho từng thành phần PCA để cải thiện hiệu suất phân loại và so sánh chính xác các ô giữa các nhóm địa lý. Mức độ của sức mạnh phân biệt đối xử có thể được đánh giá bởi khu vực dưới đường cong (AUC), trong đó các thành phần PCA có giá trị lớn hơn có thể phân biệt tốt hơn giữa các nhóm. Một bài kiểm tra chi bình phương sau đó đã được thực hiện để đánh giá mức độ ý nghĩa. Phân tích ROC được thực hiện trong Microsoft Excel bằng cách sử dụng Bell Curve cho phần mềm Excel (phiên bản 3.21).
Để hình dung sự khác biệt về địa lý trong hình thái sọ, các biểu đồ phân tán đã được tạo ra bằng cách sử dụng điểm số PC phân biệt hiệu quả nhất các nhóm với các đơn vị địa lý chính. Để giải thích các thành phần chính, sử dụng bản đồ màu để trực quan hóa các đỉnh mô hình có mối tương quan cao với các thành phần chính. Ngoài ra, các biểu diễn ảo của các đầu của các trục thành phần chính nằm ở độ lệch chuẩn ± 3 (SD) của điểm số thành phần chính được tính toán và trình bày trong video bổ sung.
Allometry được sử dụng để xác định mối quan hệ giữa các yếu tố hình dạng hộp sọ và các yếu tố kích thước được đánh giá trong phân tích PCA. Phân tích có giá trị đối với các thành phần chính với đóng góp> 1%. Một hạn chế của PCA này là các thành phần hình dạng không thể biểu thị hình dạng riêng lẻ vì tập dữ liệu không quy phạm không loại bỏ tất cả các yếu tố chiều. Ngoài việc sử dụng các bộ dữ liệu không bình thường, chúng tôi cũng đã phân tích các xu hướng allometric bằng cách sử dụng các bộ phân số PC dựa trên dữ liệu kích thước centroid được chuẩn hóa được áp dụng cho các thành phần chính với đóng góp> 1%.
Xu hướng allometric đã được kiểm tra bằng phương trình Y = AXB 85 trong đó y là hình dạng hoặc tỷ lệ của thành phần hình dạng, x là kích thước trung tâm (Bảng bổ sung S2), A là giá trị không đổi và B là hệ số sinh học. Phương pháp này về cơ bản giới thiệu các nghiên cứu tăng trưởng đặc tính vào hình thái hình học78,86. Chuyển đổi logarit của công thức này là: log y = b × log x + log a. Phân tích hồi quy sử dụng phương pháp bình phương nhỏ nhất đã được áp dụng để tính toán a và b. Khi y (kích thước centroid) và x (điểm PC) được chuyển đổi về mặt logarit, các giá trị này phải dương; Tuy nhiên, tập hợp các ước tính cho X chứa các giá trị âm. Là một giải pháp, chúng tôi đã thêm làm tròn vào giá trị tuyệt đối của phân số nhỏ nhất cộng với 1 cho mỗi phân số trong mỗi thành phần và áp dụng chuyển đổi logarit cho tất cả các phân số dương được chuyển đổi. Tầm quan trọng của các hệ số allometric được đánh giá bằng cách sử dụng bài kiểm tra t hai đuôi. Các tính toán thống kê này để kiểm tra sự tăng trưởng sinh sản đã được thực hiện bằng cách sử dụng các đường cong Bell trong phần mềm Excel (phiên bản 3.21).
Wolpoff, MH ảnh hưởng khí hậu trên lỗ mũi của bộ xương. Đúng. J. Phys. Nhân loại. 29, 405 bóng423. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330290315 (1968).
Beals, hình dạng đầu KL và căng thẳng khí hậu. Đúng. J. Phys. Nhân loại. 37, 85 bóng92. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330370111 (1972).
Thời gian đăng: Tháng 4 năm 02-2024