Gratias tibi ago quod Nature.com invisisti. Versio navigatoris tui quam uteris limitatam sustentationem CSS habet. Pro optimis eventibus, commendamus ut recentiorem versionem navigatoris tui utaris (vel modum compatibilitatis in Internet Explorer deactivare). Interea, ut sustentationem continuam praestemus, situm sine stylis vel JavaScript monstramus.
Hoc studium diversitatem regionalem in morphologia craniorum humanorum aestimavit, utens exemplo homologiae geometricae, in datis scansionum a 148 coetibus ethnicis toto orbe terrarum fundato. Haec methodus technologiam aptationis exemplarium adhibet ad retia homologa generanda, transformationes non rigidas perficiendo utens algorithmo iterativo puncti proximi. Applicata analysi principalis componentium ad 342 exempla homologa selecta, maxima mutatio in magnitudine generali inventa est et clare confirmata pro cranio parvo ex Asia Meridionali. Secunda maxima differentia est proportio longitudinis ad latitudinem neurocranii, demonstrans discrimen inter crania elongata Africanorum et crania convexa Asianorum Boreorientalium. Notandum est hoc elementum parum cum conformatione faciali habere commune. Notae notae notae, ut genae prominentes in Asianorum Boreorientalium et ossa maxillaria compacta in Europaeis, reafirmatae sunt. Hae mutationes faciales arcte cum conformatione cranii coniunguntur, praesertim cum gradu inclinationis ossium frontalium et occipitalium. Exemplaria allometrica in proportionibus facialibus respectu magnitudinis generalis cranii inventa sunt; In craniis maioribus lineamenta facialia longiora et angustiora esse solent, ut in multis indigenis Americanis et Asiaticis boreorientalibus demonstratum est. Quamquam studium nostrum notitias de variabilibus environmentalibus quae morphologiam cranii afficere possunt, ut climate vel condicionibus victus, non inclusit, magna copia notitiarum de exemplaribus craniis homologorum utilis erit ad explicationes diversas pro notis phaenotypicis sceletalibus quaerendas.
Discrepantiae geographicae in forma cranii humani diu investigatae sunt. Multi investigatores varietatem adaptationis environmentalis et/vel selectionis naturalis, praesertim factores climaticos1,2,3,4,5,6,7 vel functionem masticatoriam secundum condiciones nutritionis5,8,9,10,11,12.13, aestimaverunt. Praeterea, nonnulla studia in effectibus angustiarum, derivatione genetica, fluxu genorum, vel processibus evolutionariis stochasticis a mutationibus genorum neutralium causatis14,15,16,17,18,19,20,21,22,23 intenta sunt. Exempli gratia, forma sphaerica fornicis cranii latioris et brevioris explicata est ut adaptatio ad pressionem selectivam secundum regulam Allen24, quae postulat mammalia iacturam caloris minuere per reductionem areae superficiei corporis relative ad volumen2,4,16,17,25. Praeterea, nonnulla studia regula Bergmanni26 utentes nexum inter magnitudinem cranii et temperaturam3,5,16,25,27 explicaverunt, suggerentes magnitudinem generalem in regionibus frigidioribus maiorem esse solere ad amissionem caloris prohibendam. Influentia mechanistica tensionis masticatoriae in exemplar accretionis fornicis cranii et ossium facialium disputata est in relatione ad condiciones victus ex cultura culinaria vel differentiis victus inter agricolas et venatores-collectores8,9,11,12,28 oriundis. Explicatio generalis est pressionem masticatoriam imminutam duritiem ossium facialium et musculorum reducere. Plura studia globalia diversitatem formae cranii imprimis cum consequentiis phenotypicis distantiae geneticae neutralis potius quam cum adaptatione environmentali21,29,30,31,32 coniunxerunt. Alia explicatio mutationum in forma cranii innititur notioni accretionis isometricae vel allometricae6,33,34,35. Exempli gratia, cerebra maiora lobos frontales relative latiores in regione "galeae Brocae" dicta habere solent, et latitudo loborum frontalium augetur, processus evolutionarius qui in incremento allometrico fundari putatur. Praeterea, studium mutationes diuturnas in forma cranii examinans inclinationem allometricam versus brachycephaliam (inclinationem cranii ad sphaeriorem formandum) cum altitudine crescente invenit.
Longa historia investigationis in morphologiam craniorum conatus includit ad factores subiacentes qui variis aspectibus diversitatis formarum craniorum respondent identificandos. Methodi traditionales in multis studiis primis adhibitae in datis mensurae linearis bivariatis fundatae sunt, saepe definitionibus Martin vel Howell utentes36,37. Simul, multa studia supra memorata methodos provectiores, in technologia morphometriae geometricae tridimensionalis spatialis (GM) fundatas, adhibuerunt5,7,10,11,12,13,17,20,27,34,35,38.39. Exempli gratia, methodus semi-signarum labentium, innixa minimizationi energiae flectendi, methodus frequentissime adhibita in biologia transgenica fuit. Semi-signas exemplaris in singula specimina proicit per lapsum secundum curvam vel superficiem38,40,41,42,43,44,45,46. Includentibus talibus methodis superpositionis, pleraque studia GM tridimensionalis (3D) analysin Procrusti generalizatam, algorithmum iterativum puncti proximi (ICP) [47] adhibent, ut comparationem directam formarum et mutationes capiantur. Aliter, methodus spline laminae tenuis (TPS) [48,49] etiam late adhibetur ut methodus transformationis non rigidae ad mappandas alignationes semilandmark in formas reticulatas.
Cum evolutione practicarum machinarum exploratoriarum totius corporis tridimensionalium ab extremo saeculo XX, multa studia machinas exploratorias totius corporis tridimensionales ad mensuras magnitudinum adhibuerunt50,51. Data explorationis ad dimensiones corporis extrahendas adhibita sunt, quod requirit descriptionem formarum superficierum tamquam superficierum potius quam nubeum punctorum. Adaptatio exemplarium est ars ad hunc finem evoluta in campo graphicarum computatralium, ubi forma superficiei describitur per exemplar reticulatum polygonale. Primus gradus in adaptatione exemplarium est exemplar reticulatum praeparare ad usum exemplaris. Quidam vertices qui exemplar constituunt sunt notae geographicae. Exemplar deinde deformatur et superficiei conformatur ad distantiam inter exemplar et nubem punctorum minuendam, servatis dum notae formae localis exemplaris. Notae geographicae in exemplo respondent notis geographicis in nube punctorum. Adhibendo adaptationem exemplarium, omnia data explorationis describi possunt tamquam exemplar reticulatum cum eodem numero punctorum datorum et eadem topologia. Quamquam homologia accurata tantum in positionibus notarum geographicarum existit, sumi potest homologiam generalem inter exempla generata esse, cum mutationes in geometria exemplarium parvae sint. Quapropter, exempla reticulata per aptationem exemplarium creata interdum exempla homologiae appellantur52. Commodum aptationis exemplarium est quod exemplar deformari et ad diversas partes obiecti designati, quae spatialiter prope superficiem sed longe ab ea sunt (exempli gratia, arcus zygomaticus et regio temporalis cranii), accommodari potest sine deformatione inter se afficienda. Hoc modo, exemplar obiectis ramosis, ut torso vel brachio, cum humero in positione stanti affigi potest. Incommodum aptationis exemplarium est sumptus computationalis maior iterationum repetitarum, tamen, propter meliorationes significantes in perfunctione computatrali, hoc iam non est problema. Analysi valorum coordinatarum verticum qui exemplar reticulatum constituunt utens technicis analysis multivariatae, ut analysis principalis componentium (PCA), possibile est mutationes in forma totius superficiei et forma virtualis in quavis positione in distributione recipi possunt analyzare. Calcula et visualiza53. Hodie, exempla reticulata per aptationem exemplarium generata late in analysi formae in variis campis adhibentur52,54,55,56,57,58,59,60.
Progressus in technologia reticulationis flexibilis inscriptionis, una cum rapida evolutione instrumentorum portatilium 3D scrutationis quae maiori resolutione, celeritate et mobilitate quam tomographia computata scrutari possunt, faciliorem reddunt inscriptionem datorum superficialium 3D, ubicumque sit. Itaque, in agro anthropologiae biologicae, tales novae technologiae facultatem quantificandi et statistice analysendi specimina humana, inter quae specimina cranii, augent, quod est propositum huius studii.
Summa summarum, hoc studium technologiam provectam exemplorum homologiae tridimensionalis, innixam congruentiae exemplarium (Figura 1), adhibet ad 342 exempla cranii ex 148 populationibus toto orbe selecta per comparationes geographicas per orbem terrarum aestimanda. Diversitas morphologiae cranii (Tabula 1). Ad mutationes in morphologia cranii explicandas, analyses PCA et ROC (receptor operating characteristic) ad seriem datorum exempli homologiae quod generavimus adhibuimus. Inventa ad meliorem intellectum mutationum globalium in morphologia cranii conferunt, inter quas sunt exemplaria regionalia et ordo mutationis decrescens, mutationes correlatae inter segmenta cranii, et praesentia inclinationum allometricarum. Quamquam hoc studium data de variabilibus extrinsecis a condicionibus climatis vel victus repraesentatis quae morphologiam cranii afficere possunt non tractat, exemplaria geographica morphologiae cranii in studio nostro documentata adiuvabunt ad explorandos factores ambientales, biomechanicos, et geneticos variationis cranii.
Tabula II valores proprios et coefficientes contributionis PCA ad seriem datorum non normatam 17 709 verticum (53 127 coordinatarum XYZ) 342 exemplorum cranii homologorum applicatos ostendit. Propterea, 14 componentes principales identificati sunt, quarum contributio ad variantiam totalem plus quam 1% erat, et pars variantiae totalis 83.68% erat. Vectores oneris 14 componentium principalium in Tabula Supplementi S1 describuntur, et valores componentium pro 342 exemplis cranii computati in Tabula Supplementi S2 exhibentur.
Hoc studium novem partes maiores cum contributionibus maioribus quam 2% aestimavit, quarum nonnullae variationem geographicam substantialem et significantem in morphologia craniali ostendunt. Figura 2 curvas ex analysi ROC generatas depingit ad partes PCA efficacissimas illustrandas ad singulas combinationes exemplorum per unitates geographicas maiores (e.g., inter terras Africanas et non-Africanas) describendas vel separandas. Combinatio Polynesia non probata est propter parvam magnitudinem exempli in hoc experimento adhibitam. Data de significatione differentiarum in AUC et aliis statisticis fundamentalibus per analysin ROC computatis in Tabula Supplementi S3 monstrantur.
Curvae ROC ad novem aestimationes componentium principalium adhibitae sunt, fretus collectione verticum constante ex 342 exemplaribus cranii homologorum masculinorum. AUC: Area sub curva ad significationem 0.01% ad distinguendam quamque combinationem geographicam ab aliis combinationibus totalibus adhibita. TPF verum positivum est (discriminatio efficax), FPF falsum positivum est (discriminatio invalida).
Interpretatio curvae ROC infra summatim describitur, solum in componentibus intendens quae greges comparationis distinguere possunt habentes AUC magnam vel relative magnam et gradum significationis altum cum probabilitate infra 0.001. Complexus Asiae Meridianae (Fig. 2a), ex exemplis ex India praecipue constans, ab aliis exemplis geographice mixtis significanter differt eo quod prima component (PC1) AUC significanter maiorem (0.856) habet comparata cum aliis componentibus. Characteristica complexus Africani (Fig. 2b) est AUC relative magna PC2 (0.834). Austro-Melanesii (Fig. 2c) similem inclinationem Africanis Subsaharanis per PC2 cum AUC relative maiore (0.759) ostenderunt. Europaei (Fig. 2d) clare differunt in combinatione PC2 (AUC = 0.801), PC4 (AUC = 0.719) et PC6 (AUC = 0.671); exemplum Asiae Boreorientalis (Fig. 2e) significanter differt a PC4, cum valore relative maiore 0.714, et differentia a PC3 debilis est (AUC = 0.688). Sequentes greges etiam identificati sunt cum valoribus AUC inferioribus et gradibus significationis altioribus: Resultata pro PC7 (AUC = 0.679), PC4 (AUC = 0.654) et PC1 (AUC = 0.649) demonstraverunt Indigenas Americanos (Fig. 2f), cum notis specificis his componentibus consociatis, Asiaticos Meridionales Orientales (Fig. 2g) differentiatos esse per PC3 (AUC = 0.660) et PC9 (AUC = 0.663), sed exemplar pro exemplis ex Medio Oriente (Fig. 2h) (Africa Septentrionali inclusa) congruere. Cum aliis comparatis, non magna differentia est.
In proximo gradu, ad vertices valde correlatos visualiter interpretandos, areae superficiei cum valoribus oneris altis maioribus quam 0.45 colorantur cum informationibus coordinatarum X, Y, et Z, ut in Figura 3 demonstratur. Area rubra magnam correlationem cum coordinatis axis X ostendit, quae directioni transversali horizontali respondet. Regio viridis valde correlata est cum coordinata verticali axis Y, et regio caerulea obscura valde correlata est cum coordinata sagittali axis Z. Regio caerulea clara cum axibus coordinatarum Y et axibus coordinatarum Z associatur; rosea – area mixta cum axibus coordinatarum X et Z associata; flava – area cum axibus coordinatarum X et Y associata; Area alba constat ex axibus coordinatarum X, Y, et Z reflexis. Ergo, ad hoc limen valoris oneris, PC 1 praesertim cum tota superficie cranii associatur. Forma cranii virtualis 3 SD in latere opposito huius axis componentis etiam in hac figura depingitur, et imagines distortae in Video Supplementario S1 exhibentur ad visualiter confirmandum PC1 factores magnitudinis cranii totius continere.
Distributio frequentiae scorarum PC1 (curva aptationis normalis), tabula colorum superficiei cranii valde correlata est cum verticibus PC1 (explicatio colorum relativa ad...). Magnitudo laterum oppositorum huius axis est 3 deviationes standardis. Scala est sphaera viridis diametro 50 mm.
Figura 3 ostendit diagramma distributionis frequentiae (curvam aptationis normalis) singularum notarum PC1 separatim calculatarum pro 9 unitatibus geographicis. Praeter aestimationes curvae ROC (Figura 2), aestimationes Asiae Meridionalis quodammodo significanter ad sinistram inclinantur, quia crania eorum minora sunt quam ea aliorum gregum regionalium. Ut in Tabula 1 indicatur, hi Asiae Meridionalis greges ethnicos in India repraesentant, inter quas Insulae Andaman et Nicobar, Sri Lanka et Bangladesia.
Coefficiens dimensionalis in PC1 inventus est. Inventio regionum valde correlatarum et formarum virtualium ad elucidationem factorum formae pro componentibus aliis quam PC1 duxit; tamen factores magnitudinis non semper plene eliminantur. Ut per comparationem curvarum ROC (Figura 2) demonstratum est, PC2 et PC4 maxime discriminativae erant, deinde PC6 et PC7. PC3 et PC9 valde efficaces sunt in dividenda populatione exempli in unitates geographicas. Itaque, hae paria axium componentium schematice depingunt diagrammata dispersionis punctorum PC et superficierum colorum valde correlatarum cum singulis componentibus, necnon deformationes formarum virtualum cum dimensionibus laterum oppositorum 3 SD (Fig. 4, 5, 6). Tegumentum convexum corporis exemplorum ex singulis unitatibus geographicis in his diagrammatibus repraesentatis est circiter 90%, quamquam quidam gradus superpositionis intra greges est. Tabula 3 explicationem cuiusque componentis PCA praebet.
Diagrammata dispersionis punctorum PC2 et PC4 pro individuis cranialibus ex novem unitatibus geographicis (supra) et quattuor unitatibus geographicis (infra), diagrammata coloris superficiei cranii verticum valde correlati cum singulis PC (relativis ad X, Y, Z). Explicatio colorum axium: vide textum, et deformatio formae virtualis in lateribus oppositis horum axium est 3 deviationes standardis. Scala est sphaera viridis diametro 50 mm.
Diagrammata dispersionis punctorum PC6 et PC7 pro individuis cranialibus ex novem unitatibus geographicis (supra) et duabus unitatibus geographicis (infra), diagrammata colorum superficiei cranialis pro verticibus valde correlatis cum singulis PC (relative ad X, Y, Z). Explicatio colorum axium: vide textum, et deformatio formae virtualis in lateribus oppositis horum axium est 3 deviationes standardis. Scala est sphaera viridis diametro 50 mm.
Diagrammata dispersionis notarum PC3 et PC9 pro individuis cranialibus ex novem unitatibus geographicis (summo) et tribus unitatibus geographicis (imo), et diagrammata colorum superficiei cranii (relativa ad axes X, Y, Z) verticum valde correlata cum unaquaque interpretatione coloris PC: cm⁻¹ (texto), necnon deformationes formae virtualis in lateribus oppositis horum axium magnitudine 3 deviationis standardis. Scala est sphaera viridis diametro 50 mm.
In graphio ostendente valores PC2 et PC4 (Fig. 4, Supplementary Videos S2, S3 imagines deformatas ostendentes), tabula colorum superficialium etiam ostenditur cum limen valoris oneris altius quam 0.4 constituitur, quod inferius est quam in PC1 quia onus totale ad valorem PC2 minus est quam in PC1.
Elongatio loborum frontalium et occipitalium in directione sagittali secundum axem Z (caeruleum obscurum) et loborum parietalium in directione coronali (rubrum in roseo), axem Y occipitis (viridis) et axem Z frontis (caeruleum obscurum). Hoc graphum ostendit notas omnium hominum toto orbe terrarum; tamen, cum omnia exempla ex magno numero coetuum constantia simul exhibentur, interpretatio dispersionis satis difficilis est propter magnam quantitatem superpositionis; ergo, ex quattuor tantum unitatibus geographicis maioribus (i.e., Africa, Australasia-Melanesia, Europa, et Asia Boreorientalis), exempla dispersa sunt sub grapho cum deformatione craniali virtuali 3 SD intra hoc ambitum notarum PC. In figura, PC2 et PC4 sunt paria notarum. Africani et Austro-Melanesiani magis inter se congruunt et versus latus dextrum distribuuntur, dum Europaei versus laevam superiorem dispersi sunt et Asiatici Boreorientales versus laevam inferiorem congregari solent. Axis horizontalis PC2 ostendit Melanesianos Africanos/Australianos neurocranium relative longius habere quam alios homines. PC4, in quo combinationes Europaeae et Asiae boreorientalis laxe separantur, cum magnitudine relativa et projectione ossium zygomaticorum necnon cum contorno laterali cranii coniungitur. Schema notationis ostendit Europaeos ossa maxillaria et zygomatica relative angusta, spatium fossae temporalis minus arcu zygomatico limitatum, os frontale verticaliter elevatum et os occipitale planum et humile habere, dum Asiae boreorientales ossa zygomatica latiora et prominentiora habere solent. Lobus frontalis inclinatus est, basis ossis occipitalis elevata.
Cum in PC6 et PC7 (Fig. 5) inspicimus (Videos Supplementaria S4, S5 imagines deformatas ostendentes), diagramma colorum limen valoris oneris maiorem quam 0.3 ostendit, quod indicat PC6 cum morphologia maxillari vel alveolari (rubrum: axis X et viridis). Axis Y), forma ossis temporalis (caeruleum: axes Y et Z) et forma ossis occipitalis (roseum: axes X et Z) coniunctum esse. Praeter latitudinem frontis (rubrum: axis X), PC7 etiam cum altitudine alveolorum maxillarium anteriorum (viridis: axis Y) et forma capitis axis Z circa regionem parietotemporalem (caeruleum obscurum) correlatur. In parte superiori Figurae 5, omnia exempla geographica secundum valores componentium PC6 et PC7 distribuuntur. Quia ROC indicat PC6 notas Europae proprias continere et PC7 notas Nativorum Americanorum in hac analysi repraesentare, haec duo exempla regionalia selective in hoc pari axium componentium depicta sunt. Nativi Americani, quamvis late in exemplo inclusi, in angulo superiore sinistro dispersi sunt; contra, multa exempla Europaea in angulo inferiore dextro locari solent. Par PC6 et PC7 processum alveolarem angustum et neurocranium relative latum Europaeorum repraesentant, dum Americani fronte angusta, maxilla maiore, et processu alveolari latiore et altiore notantur.
Analysis ROC ostendit PC3 et/vel PC9 communes esse in populationibus Asiae Meridionalis-Orientalis et Boreorientalis. Proinde, paria punctorum PC3 (facies superior viridis in axe y) et PC9 (facies inferior viridis in axe y) (Fig. 6; Videos Supplementa S6, S7 imagines transformatas praebent) diversitatem Asianorum Orientalium reflectunt, quod vehementer discrepat cum altis proportionibus facialibus Asianorum Boreorientalium et forma faciali humili Asianorum Meridiorientalium. Praeter has notas faciales, alia proprietas quorundam Asianorum Boreorientalium est inclinatio lambda ossis occipitalis, dum quidam Asiani Meridiorientales basin cranii angustam habent.
Descriptio supra scripta partium principalium et descriptio PC5 et PC8 omissa est, quia nullae notae regionales specificae inter novem unitates geographicas principales inventae sunt. PC5 ad magnitudinem processus mastoidei ossis temporalis refertur, et PC8 asymmetriam formae cranii totius reflectit, ambae variationes parallelas inter novem combinationes exemplorum geographicorum ostendentes.
Praeter diagrammata dispersionis scorarum PCA in singulis hominibus, etiam diagrammata dispersionis mediarum gregum ad comparationem generalem praebemus. Ad hunc finem, exemplar homologiae cranialis medium creatum est ex collectione datorum verticum exemplorum homologiae singularum ex 148 gregibus ethnicis. Diagrammata bivariata collectionum scorarum pro PC2 et PC4, PC6 et PC7, et PC3 et PC9 in Figura Supplementi S1 monstrantur, omnia calculata ut exemplar cranii medium pro exemplo 148 individuorum. Hoc modo, diagrammata dispersionis differentias individuales intra singulos greges occultant, permittendo interpretationem clariorem similitudinum cranii propter distributiones regionales subiacentes, ubi exempla congruunt cum illis in diagrammatibus individualibus depictis cum minore superpositione. Figura Supplementi S2 exemplar medium generale pro singulis unitatibus geographicis ostendit.
Praeter PC1, quod cum magnitudine generali (Tabula Supplementaria S2) coniunctum erat, relationes allometricae inter magnitudinem generalem et formam cranii examinatae sunt utens dimensionibus centroidis et seriebus aestimationum PCA ex datis non normalizatis. Coefficientes allometrici, valores constantes, valores t, et valores P in probatione significationis in Tabula 4 monstrantur. Nullae componentes significantes exemplaris allometrici cum magnitudine generali cranii coniunctae in ulla morphologia cranii ad gradum P < 0.05 inventae sunt.
Quia nonnulli factores magnitudinis in aestimationibus PC, quae in datis non normalizatis nituntur, includi possunt, ulterius examinavimus inclinationem allometricam inter magnitudinem centroidis et valores PC, qui utuntur datis secundum magnitudinem centroidis normalizatis (resultata PCA et valores in Tabulis Supplementis S6 exhibentur). , C7). Tabula 4 resultata analysis allometricae ostendit. Itaque inclinationes allometricae significantes ad gradum 1% in PC6 et ad gradum 5% in PC10 inventae sunt. Figura 7 declivia regressionis harum relationum log-linearium inter valores PC et magnitudinem centroidis cum figuris (±3 SD) ad utrumque finem magnitudinis centroidis logarithmicae ostendit. Valor PC6 est proportio altitudinis et latitudinis relativae cranii. Cum magnitudo cranii crescit, cranium et facies altiora fiunt, et frons, orbitae oculorum et nares lateraliter propiores esse tendunt. Modus dispersionis exemplorum suggerit hanc proportionem typice inveniri in Asiaticis Boreorientalibus et Indigenis Americanis. Praeterea, PC10 inclinationem ostendit versus reductionem proportionalem in latitudine mediae faciei, regione geographica non obstante.
Pro relationibus allometricis significantibus in tabula enumeratis, inclinatione regressionis log-linearis inter proportionem PC componentis formae (ex datis normalizatis obtenta) et magnitudinem centroidis, deformatio formae virtualis magnitudinem 3 SD in parte opposita lineae 4 habet.
Sequens schema mutationum in morphologia craniali per analysin collectionum datorum exemplorum superficiei tridimensionalium homologorum demonstratum est. Prima pars PCA ad magnitudinem cranii generalem pertinet. Diu creditur crania minora Asiaticorum Meridionalium, inter quae exempla ex India, Sri Lanka et Insulis Andaman, Bangladesia, propter magnitudinem corporis minorem oriri, quod congruit cum regula oecogeographica Bergmanniana vel regula insularum613,5,16,25,27,62. Prima ad temperaturam pertinet, secunda autem a spatio praesto et opibus cibi loci oecologici pendet. Inter partes formae, maxima mutatio est proportio longitudinis et latitudinis fornicis cranii. Haec nota, PC2 designata, artam relationem inter crania proportionaliter elongata Austro-Melanesiorum et Africanorum, necnon differentias a craniis sphaericis quorundam Europaeorum et Asiaticorum Boreorientalium describit. Hae notae in multis studiis prioribus, in simplicibus mensuris linearibus fundatis,37,63,64 relatae sunt. Praeterea, haec indoles cum brachycephalia in non-Africanis coniungitur, quae diu in studiis anthropometricis et osteometricis disputata est. Hypothesis principalis post hanc explicationem est masticationem imminutam, ut attenuatio musculi temporalis, pressionem in exteriorem cutem capitis reducere5,8,9,10,11,12,13. Alia hypothesis adaptationem ad climata frigida per reductionem superficiei capitis implicat, suggerens cranium sphaericum aream superficiei melius quam formam sphaericam minuere, secundum regulas Allenianas16,17,25. Secundum eventus studii praesentis, hae hypotheses tantum secundum correlationem inter segmenta craniali aestimari possunt. In summa, eventus nostri PCA non plene confirmant hypothesim rationem longitudinis-latitudinis cranialis significanter a condicionibus masticationis affici, cum onus PC2 (pars longa/brachycephalica) non significanter cum proportionibus facialibus (inclusis dimensionibus maxillaribus relativis) et spatio relativo fossae temporalis (volumen musculi temporalis reflectens) relatum esset. Studium nostrum praesens relationem inter formam cranii et condiciones geologicas ambientales ut temperaturam non analysavit; Attamen explicatio in regula Alleniana fundata fortasse digna est consideranda ut hypothesis candidata ad brachycephalon in regionibus frigidis explicandum.
Variatio significativa deinde in PC4 inventa est, quae suggerit Asiaticos Boreorientales ossa zygomatica magna et prominentia in maxilla et ossibus zygomaticis habere. Haec inventio congruit cum nota propria Siberiensium nota, qui putantur se ad climata frigidissima adaptavisse per motum ossium zygomaticorum antrorsum, quod ad auctum volumen sinuum et faciem planiorem duxit65. Nova inventio ex nostro modello homologo est quod genae demissae in Europaeis cum declinatione frontali reducta, necnon ossibus occipitalibus planis et angustis et concavitate nuchali coniungitur. Contra, Asiatici Boreorientales frontes inclinatas et regiones occipitales elevatas habere solent. Studia ossis occipitalis utens methodis morphometricis geometricis35 demonstraverunt crania Asiatica et Europaea curvationem nuchalem planiorem et positionem occipitalis inferiorem habere comparata cum Africanis. Attamen, diagrammata nostra dispersionis parium PC2 et PC4 et PC3 et PC9 variationem maiorem in Asiaticis ostenderunt, cum Europaei basi occipitali plana et occipitali inferiore notarentur. Discrepantiae in notis Asiaticis inter studia fortasse ex differentiis in exemplaribus ethnicis adhibitis oriuntur, cum magnum numerum coetuum ethnicorum ex lato spectro Asiae Boreorientalis et Meridiorientalis selectaverimus. Mutationes in forma ossis occipitalis saepe cum evolutione musculorum coniunguntur. Attamen, haec explicatio adaptiva correlationem inter formam frontis et occipitalis non explicat, quae in hoc studio demonstrata est sed verisimile est non plene demonstrata esse. Hac de re, operae pretium est considerare relationem inter aequilibrium ponderis corporis et centrum gravitatis vel iuncturam cervicalis (foramen magnum) vel alios factores.
Alia pars magni momenti magna variabilitate praedita ad evolutionem apparatus masticatorii, fossis maxillaribus et temporalibus repraesentati, pertinet, qui per combinationem notarum PC6, PC7 et PC4 describitur. Hae reductiones insignis in segmentis cranialibus individuos Europaeos magis quam quemvis alium gregem geographicum describunt. Haec proprietas interpretata est ut effectus stabilitatis morphologiae facialis imminutae propter evolutionem praecocem technicarum agriculturae et praeparationis ciborum, quae vicissim onus mechanicum in apparatu masticatorio sine apparatu masticatorio potenti minuerunt9,12,28,66. Secundum hypothesin functionis masticatoriae,28 hoc comitatur mutatione in flexione basis cranii ad angulum cranialem acutiorem et tectum cranialem sphaericum. Ex hac perspectiva, populationes agriculturae solent habere facies compactas, minorem protrusionem mandibulae, et meninges globosiores. Ergo, haec deformatio explicari potest per lineamenta generalia formae lateralis cranii Europaeorum cum organis masticatoriis reductis. Attamen, secundum hoc studium, haec interpretatio complexa est, quia significatio functionalis nexus morphologici inter neurocranium globosum et evolutionem apparatus masticatorii minus acceptabilis est, ut in interpretationibus prioribus PC2 consideratum est.
Discrepantiae inter Asiaticos Boreorientales et Austroorientales illustrantur per discrepantiam inter faciem altam cum osse occipitali declivi et faciem brevem cum basi cranii angusta, ut in PC3 et PC9 demonstratur. Propter inopiam datorum geoecologicorum, studium nostrum tantum explicationem limitatam huic inventioni praebet. Explicatio possibilis est adaptatio ad diversas condiciones climatis vel nutritionis. Praeter adaptationem oecologicam, differentiae locales in historia populationum in Asia Boreorientali et Austroorientali etiam in rationem ductae sunt. Exempli gratia, in Eurasia orientali, exemplar duorum stratorum hypothesizatum est ad dispersionem hominum anatomice modernorum (AMH) intellegendam, fundatum in datis morphometricis cranialibus67,68. Secundum hoc exemplar, "primus ordo", id est, greges originales colonizatorum AMH Pleistocaeni superioris, originem plus minusve directam ab incolis indigenis regionis, sicut Austro-Melanesii moderni (p. Primum stratum), habebant. ..., et postea mixturam magnam populorum agricolarum septentrionalium cum notis Asiae boreorientalis (secundum stratum) in regionem experti sunt (abhinc annos circiter 4000). Fluxus genorum per exemplar "duorum stratorum" delineatus requiretur ad formam cranii Asiae Meridionalis-Orientalis intellegendam, cum forma cranii Asiae Meridionalis-Orientalis partim ab hereditate genetica locali primi gradus pendere possit.
Aestimando similitudinem cranialem utens unitatibus geographicis per exempla homologa mappata, historiam populationis AMF in scenariis extra Africam concludere possumus. Multa diversa exempla "extra Africam" proposita sunt ad distributionem AMF explicandam, fretus datis skeletalibus et genomicis. Ex his, studia recentiora suggerunt colonizationem AMH regionum extra Africam coepisse abhinc annos circiter 177,00069,70. Attamen distributio AMF per longas distantias in Eurasia hoc tempore incerta manet, cum habitacula horum fossilium primorum ad Orientem Medium et Mare Mediterraneum prope Africam limitentur. Casus simplicissimus est una habitatio secundum viam migrationis ab Africa ad Eurasiam, praetereundo impedimenta geographica ut Himalayas. Aliud exemplum suggerit undas migrationis multiplices, quarum prima ab Africa secundum litus Oceani Indici ad Asiam Meridionalem et Australiam diffusa est, deinde in Eurasiam septentrionalem diffusa est. Pleraque horum studiorum confirmant AMF longe ultra Africam abhinc annos circiter 60,000 diffusum esse. Hoc respectu, exempla Australasiano-Melanesia (Papua inclusa) maiorem similitudinem cum exemplis Africanis quam cum ulla alia serie geographica in analysi principalium componentium exemplorum homologiae ostendunt. Haec inventio hypothesim confirmat primos greges distributionis AMF secundum marginem meridionalem Eurasiae directe in Africa ortos esse22,68 sine mutationibus morphologicis significantibus in responsione ad climata specifica vel alias condiciones significantes.
De incremento allometrico, analysis utens componentibus formae ex diverso datorum grege secundum magnitudinem centroidis normalizatis derivatis, demonstravit significantem inclinationem allometricam in PC6 et PC10. Ambae componentes ad formam frontis et partium faciei pertinent, quae angustiores fiunt cum magnitudo cranii crescit. Asiatici boreorientales et Americani hanc notam et crania relative magna habent. Haec inventio contradicit exemplaribus allometricis antea relatis, in quibus cerebra maiora lobos frontales relative latiores in regione "galea Brocae" habent, quod ad augendam latitudinem lobi frontalis efficit34. Hae differentiae explicantur differentiis in gregibus exemplorum; Nostrum studium exemplaria allometrica magnitudinis cranii totius utens populationibus modernis analysavit, et studia comparativa inclinationes longi temporis in evolutione humana ad magnitudinem cerebri pertinentes tractant.
De allometria faciali, una investigatio utens datis biometricis78 invenit formam et magnitudinem facialem fortasse leviter correlatas esse, cum nostra investigatio invenit crania maiora solere cum faciebus altioribus et angustioribus coniungi. Attamen, constantia datorum biometricorum incerta est; probationes regressionis allometriam ontogeneticam et allometriam staticam comparantes diversa eventa ostendunt. Proclivitas allometrica versus formam cranii sphaericam propter altitudinem auctam etiam relata est; nihilominus, data altitudinis non analyzavimus. Nostra investigatio ostendit nulla data allometrica esse quae correlationem inter proportiones globosas craniorum et magnitudinem craniorum generalem per se demonstrent.
Quamquam studium nostrum hodiernum notitias de variabilibus extrinsecis, quae a climate vel condicionibus victus repraesentantur et quae morphologiam cranii afficere possunt, non tractat, magna copia exemplorum homologorum superficiei cranii tridimensionalium, quae in hoc studio adhibita sunt, variationem morphologicam phaenotypicam correlatam aestimare adiuvabit. Factores ambientales, ut victus, clima et condiciones nutritionis, necnon vires neutrales, ut migratio, fluxus genorum et deriva genetica.
Hoc studium 342 exempla craniorum masculinorum ex 148 populationibus in 9 unitatibus geographicis collecta comprehendit (Tabula 1). Plerique greges specimina geographice indigena sunt, dum nonnulli greges in Africa, Asia Boreorientali/Medioorientali, et Americis (litteris italicis recensiti) ethnice definiti sunt. Multa exempla craniorum ex indice mensurarum craniorum secundum definitionem mensurarum craniorum Martin a Tsunehiko Hanihara provisam selecta sunt. Crania masculina repraesentativa ex omnibus gregibus ethnicis in mundo delegimus. Ad membra cuiusque gregis identificanda, distantias Euclideas computavimus secundum 37 mensuras craniorum ex media gregis pro omnibus individuis ad illum gregem pertinentibus. Plerumque, 1-4 exempla cum minima distantia a media delegimus (Tabula Supplementaria S4). Pro his gregibus, quaedam exempla temere selecta sunt si in indice mensurarum Hahara non recensita erant.
Ad comparationem statisticam, 148 exempla populationis in unitates geographicas maiores digesta sunt, ut in Tabula 1 demonstratur. Grex "Africanus" solum ex exemplis e regione subsaharana constat. Exempla ex Africa Septentrionali in "Oriente Medio" una cum exemplis ex Asia Occidentali cum similibus condicionibus inclusa sunt. Grex Asiae Boreorientalis tantum homines originis non Europaeae includit, et grex Americanus tantum Indigenas Americanos includit. Praesertim, hic grex per vastam aream continentium Americae Septentrionalis et Australis, in varietate ampla ambituum, distribuitur. Attamen, exemplum Americanum intra hanc unicam unitatem geographicam consideramus, data historia demografica Indigenarum Americanorum qui originis Asiae Boreorientalis habentur, migrationibus multiplicibus non obstantibus.
Data superficialia tridimensionalia horum speciminum cranii inter se discrepantium per scrutatorem tridimensionalem altae resolutionis (EinScan Pro a Shining 3D Co Ltd, resolutio minima: 0.5 mm, https://www.shining3d.com/) captavimus, deinde reticulum generavimus. Exemplar reticuli constat ex circiter 200 000–400 000 verticibus, et programma inclusum ad foramina implenda et margines laevandos adhibetur.
In primo gradu, notitias scansionales ex quolibet cranio adhibuimus ad exemplar cranii unius formae reticulatae creandum, constantem ex 4485 verticibus (8728 faciebus polygonalibus). Basis regionis cranii, constans ex osse sphenoide, osse temporali petroso, palato, alveolis maxillaribus et dentibus, ex exemplo reticulato sublata est. Ratio est quod hae structurae interdum incompletae vel difficiles ad perficiendum sunt propter partes tenues vel acutas, ut superficies pterygoideas et processus styloideos, detritionem dentium et/vel dentium seriem inconstantem. Basis cranii circa foramen magnum, basi inclusa, non resecta est quia hic locus anatomice magni momenti est pro situ articulationum cervicalis et altitudo cranii aestimanda est. Anulos speculares ad formam formandam quae utrimque symmetrica est, utere. Reticulationem isotropicam perage ut formas polygonales quam aequilaterales convertas.
Deinde, quinquaginta sex signa geographica verticibus anatomice correspondentibus exempli formae, programmate HBM-Rugle utens, assignata sunt. Constitutiones signorum geographicorum accuratiam et stabilitatem positionis signorum geographicorum et homologiam harum locorum in exemplo homologiae generato praestant. Hi signa geographici secundum suas notas specificas identificari possunt, ut in Tabula Supplementi S5 et Figura Supplementi S3 demonstratur. Secundum definitionem Booksteinianam, pleraque horum signorum geographicorum sunt signa geographica Typi I in intersectione trium structurarum sita, et quaedam sunt signa geographica Typi II cum punctis maximae curvaturae. Multa signa geographica ex punctis pro mensuris cranialibus linearibus in definitione Martiniana 36 definitis translata sunt. Eadem quinquaginta sex signa geographica pro exemplis perscrutatis 342 speciminum cranii definivimus, quae verticibus anatomice correspondentibus manu assignata sunt ad exempla homologiae accuratiora in sectione sequenti generanda.
Systema coordinatarum capiti-centricum definitum est ad describenda data et exemplar scansionis, ut in Figura Supplementi S4 demonstratur. Planum XZ est planum horizontale Francofurtense quod per punctum altissimum (definitio Martini: pars) marginis superioris canalum auditoriorum externorum sinistri et dextri et punctum infimum (definitio Martini: orbita) marginis inferioris orbitae sinistrae transit. Axis X est linea latera sinistra et dextra connectens, et X+ est latus dextrum. Planum YZ per medium partium sinistrae et dextrae et radicem nasi transit: Y+ sursum, Z+ antrorsum. Punctum referentiae (origo: coordinata nulla) ad intersectionem plani YZ (plani medii), plani XZ (plani Francofurtenses) et plani XY (plani coronalis) constituitur.
Programma HBM-Rugle (Medic Engineering, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/) adhibuimus ad exemplar reticuli homologi creandum, aptationem exemplarium utens 56 punctis signis (latere sinistro Figurae 1). Pars principalis programmatis, primum a Centro Investigationis Humanae Digitalis apud Institutum Scientiae et Technologiae Industrialis Provectae in Iaponia elaborata, HBM appellatur et functiones habet ad aptandas formas utens signis et ad creanda exempla reticuli tenuis utens superficiebus partitionis82. Versio programmatis subsequens (mHBM)83 functionem ad aptationem exemplarium sine signis addidit ad efficientiam aptationis emendandam. HBM-Rugle programma mHBM cum functionibus additis facilibus utendis coniungit, inter quas sunt adaptatio systematum coordinatarum et mutatio magnitudinis datorum inputatorum. Fiducia accuratae aptationis programmatis in multis studiis confirmata est52,54,55,56,57,58,59,60.
Cum exemplar HBM-Rugle aptatur utens punctis signis, exemplar reticuli exemplaris super data scansionis scopi superimponitur per registrationem rigidam innixam technologiae ICP (summa distantiarum inter puncta signis respondentia exemplari et data scansionis scopi ad minimum reducens), deinde per deformationem non rigidam reticuli exemplar ad data scansionis scopi adaptatur. Hic processus aptationis ter repetitus est utens diversis valoribus duorum parametrorum aptationis ad accuratiam aptationis emendandam. Alter horum parametrorum distantiam inter exemplar reticuli exemplaris et data scansionis scopi limitat, alter vero distantiam inter puncta signis exemplaris et puncta signis penalizat. Deinde exemplar reticuli exemplaris deformatum subdivisum est utens algorithmo cyclico subdivisionis superficiei 82 ad creandum exemplar reticuli subtilius constans ex 17,709 verticibus (34,928 polygonis). Denique, exemplar reticuli exemplaris partitum aptatur ad data scansionis scopi ad generandum exemplar homologiae. Cum loca punctorum signis paulum differant ab illis in datis scansionis scopi, exemplar homologiae subtiliter adaptatum est ad ea describenda utens systemate coordinatarum orientationis capitis in sectione praecedenti descripto. Distantia media inter puncta signorum homologorum et data detectionis scopi in omnibus exemplaribus erat <0.01 mm. Computata utens functione HBM-Rugle, distantia media inter puncta datorum exempli homologiae et data detectionis scopi erat 0.322 mm (Tabula Supplementaria S2).
Ad mutationes in morphologia cranii explicandas, vertices 17 709 (coordinatae 53 127 XYZ) omnium exemplorum homologorum per analysin componentium principalium (PCA) analysati sunt, programmate HBS utens, a Centro Scientiae Humanae Digitalis apud Institutum Scientiae et Technologiae Industrialis Provectae, Iaponia (distributor: Medic Engineering, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/) creato. Deinde conati sumus PCA ad copiam datorum non normalizatam applicare, et copiam datorum secundum magnitudinem centroidis normalizatam. Itaque PCA, in datis non normalizatis condita, formam cranii novem unitatum geographicarum clarius describere et interpretationem componentium facilitare potest quam PCA utens datis normalizatis.
Hic articulus numerum componentium principalium detectarum cum contributione plus quam 1% variantiae totalis exhibet. Ad determinandas componentes principales efficacissimas in differentiandis gregibus per maiores unitates geographicas, analysis proprietatis operantis receptoris (ROC) ad notas componentium principalium (PC) cum contributione maiore quam 2% adhibita est. Haec analysis curvam probabilitatis pro singulis componentibus PCA generat ad perfunctionem classificationis emendandam et recte comparandas diagrammata inter greges geographicos. Gradus potentiae discriminatoriae per aream sub curva (AUC) aestimari potest, ubi componentes PCA cum valoribus maioribus melius inter greges discriminare possunt. Deinde probatio chi-quadrata peracta est ad gradum significationis aestimandum. Analysis ROC in Microsoft Excel peracta est utens programmate Bell Curve pro Excel (versione 3.21).
Ad differentias geographicas in morphologia craniali visualizandas, diagrammata dispersionis creata sunt utens notis PC quae greges a maioribus unitatibus geographicis efficacissime distinguebant. Ad componentes principales interpretandos, tabula colorata adhibita est ad vertices exemplaris visualizandos qui cum componentibus principalibus valde correlati sunt. Praeterea, repraesentationes virtuales finium axium componentium principalium sitae ad ±3 deviationes normales (SD) notarum componentium principalium calculatae et in video supplementario exhibitae sunt.
Allometria adhibita est ad nexum inter formam cranii et factores magnitudinis in analysi PCA aestimatos determinandum. Analysis valet pro componentibus principalibus cum contributionibus >1%. Una limitatio huius PCA est quod componentes formae singillatim formam indicare non possunt, quia congeries datorum non normalizata non omnes factores dimensionales tollit. Praeter usum congerium datorum non normalizatarum, etiam inclinationes allometricas per congeries fractionum PC, quae in datis magnitudinis centroidis normalizatis ad componentes principales cum contributionibus >1% applicatis fundantur, analyzavimus.
Inclinationes allometricae per aequationem Y = aXb 85 examinatae sunt, ubi Y est forma vel proportio componentium formae, X est magnitudo centroidis (Tabula Supplementaria S2), a est valor constans, et b est coefficiens allometricus. Haec methodus fundamentaliter studia accretionis allometricae in morphometriam geometricam introducit 78,86. Transformatio logarithmica huius formulae est: log Y = b × log X + log a. Analysis regressionis utens methodo quadratorum minimorum adhibita est ad a et b calculandos. Cum Y (magnitudo centroidis) et X (puncta PC) logarithmice transformantur, hi valores positivi esse debent; tamen, series aestimationum pro X valores negativos continet. Ut solutio, rotundationem ad valorem absolutum minimae fractionis plus 1 pro qualibet fractione in qualibet componente addidimus et transformationem logarithmicam omnibus fractionibus positivis conversas applicuimus. Significatio coefficientium allometricorum per probationem t Studentis bicaudatam aestimata est. Hae computationes statisticae ad accretionem allometricam examinandam per Curvas Bell in programmate Excel (versione 3.21) peractae sunt.
Wolpoff, MH, De effectibus climaticis in nares sceleti. Ita. J. Phys. Humanity. 29, 405–423. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330290315 (1968).
Beals, KL. Forma capitis et tensio climatis. Ita. J. Phys. Humanity. 37, 85–92. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330370111 (1972).
Tempus publicationis: II Aprilis MMXXIV