Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matokeo bora, tunapendekeza kutumia toleo jipya la kivinjari chako (au kuzima hali ya utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tunaonyesha tovuti bila mtindo au JavaScript.
Utafiti huu ulitathmini utofauti wa kikanda katika mofolojia ya fuvu la binadamu kwa kutumia modeli ya homolojia ya kijiometri kulingana na data ya kuchanganua kutoka kwa makabila 148 kote ulimwenguni. Njia hii inatumia teknolojia ya uwekaji wa kiolezo ili kutoa matundu ya homologous kwa kufanya mabadiliko yasiyo magumu kwa kutumia algoriti ya nukta iliyo karibu inayorudiwa. Kwa kutumia uchanganuzi wa vipengele vikuu kwa mifano 342 iliyochaguliwa ya homologous, mabadiliko makubwa zaidi katika ukubwa wa jumla yalipatikana na kuthibitishwa wazi kwa fuvu dogo kutoka Asia Kusini. Tofauti ya pili kubwa ni uwiano wa urefu na upana wa neurocranium, ikionyesha tofauti kati ya mafuvu marefu ya Waafrika na mafuvu yaliyopinda ya Waasia wa Kaskazini Mashariki. Inafaa kuzingatia kwamba kiungo hiki hakihusiani sana na umbo la uso. Sifa zinazojulikana za uso kama vile mashavu yanayojitokeza katika Waasia wa Kaskazini Mashariki na mifupa midogo ya taya ya juu katika Wazungu zilithibitishwa tena. Mabadiliko haya ya uso yanahusiana kwa karibu na umbo la fuvu, haswa kiwango cha mteremko wa mifupa ya mbele na ya oksipitali. Mifumo ya alometri ilipatikana katika uwiano wa uso ikilinganishwa na ukubwa wa jumla wa fuvu; Katika fuvu kubwa, sura za uso huwa ndefu na nyembamba, kama ilivyoonyeshwa kwa Wamarekani Wenyeji wengi na Waasia wa Kaskazini Mashariki. Ingawa utafiti wetu haukujumuisha data kuhusu vigeu-mazingira ambavyo vinaweza kuathiri mofolojia ya fuvu, kama vile hali ya hewa au hali ya lishe, seti kubwa ya data ya mifumo ya fuvu inayofanana itakuwa muhimu katika kutafuta maelezo tofauti ya sifa za kimfumo za mifupa.
Tofauti za kijiografia katika umbo la fuvu la binadamu zimesomwa kwa muda mrefu. Watafiti wengi wametathmini utofauti wa urekebishaji wa mazingira na/au uteuzi wa asili, haswa sababu za hali ya hewa1,2,3,4,5,6,7 au utendaji wa kutafuna kulingana na hali ya lishe5,8,9,10, 11,12. 13. . Kwa kuongezea, baadhi ya tafiti zimezingatia athari za vikwazo, mkondo wa kijenetiki, mtiririko wa jeni, au michakato ya mageuzi ya stochastic inayosababishwa na mabadiliko ya jeni yasiyo na upande wowote14,15,16,17,18,19,20,21,22,23. Kwa mfano, umbo la duara la sehemu pana na fupi ya fuvu limeelezewa kama urekebishaji wa shinikizo teule kulingana na kanuni ya Allen24, ambayo inadai kwamba mamalia hupunguza upotevu wa joto kwa kupunguza eneo la uso wa mwili ikilinganishwa na ujazo2,4,16,17,25. Zaidi ya hayo, baadhi ya tafiti zinazotumia sheria ya Bergmann26 zimeelezea uhusiano kati ya ukubwa wa fuvu na halijoto3,5,16,25,27, zikidokeza kwamba ukubwa wa jumla huwa mkubwa zaidi katika maeneo yenye baridi ili kuzuia upotevu wa joto. Ushawishi wa kiufundi wa msongo wa kutafuna kwenye muundo wa ukuaji wa sehemu ya juu ya fuvu na mifupa ya uso umejadiliwa kuhusiana na hali ya lishe inayotokana na utamaduni wa upishi au tofauti za kujikimu kati ya wakulima na wawindaji-wakusanyaji8,9,11,12,28. Maelezo ya jumla ni kwamba kupungua kwa shinikizo la kutafuna hupunguza ugumu wa mifupa na misuli ya uso. Tafiti kadhaa za kimataifa zimeunganisha utofauti wa umbo la fuvu kimsingi na matokeo ya phenotypic ya umbali wa kijenetiki usio na upande badala ya kukabiliana na mazingira21,29,30,31,32. Maelezo mengine ya mabadiliko katika umbo la fuvu yanategemea dhana ya ukuaji wa isometric au allometric6,33,34,35. Kwa mfano, ubongo mkubwa huwa na tundu pana zaidi la mbele katika eneo linaloitwa "kofia ya Broca", na upana wa tundu la mbele huongezeka, mchakato wa mageuko unaozingatiwa kulingana na ukuaji wa alometri. Zaidi ya hayo, utafiti uliochunguza mabadiliko ya muda mrefu katika umbo la fuvu uligundua kuwa kuna mwelekeo wa alometri kuelekea brachycephaly (mwelekeo wa fuvu kuwa wa duara zaidi) huku urefu ukiongezeka33.
Historia ndefu ya utafiti kuhusu mofolojia ya fuvu inajumuisha majaribio ya kutambua mambo ya msingi yanayohusika na vipengele mbalimbali vya utofauti wa maumbo ya fuvu. Mbinu za kitamaduni zilizotumika katika tafiti nyingi za awali zilitegemea data ya kipimo cha mstari wa bivariate, mara nyingi kwa kutumia ufafanuzi wa Martin au Howell36,37. Wakati huo huo, tafiti nyingi zilizotajwa hapo juu zilitumia mbinu za hali ya juu zaidi kulingana na teknolojia ya mofometri ya kijiometri ya anga ya 3D (GM)5,7,10,11,12,13,17,20,27,34,35,38. 39. Kwa mfano, mbinu ya semilandmark inayoteleza, kulingana na kupunguza nishati inayopinda, imekuwa njia inayotumika sana katika biolojia ya transgenic. Inachora alama za nusulandmark za kiolezo kwenye kila sampuli kwa kuteleza kando ya mkunjo au uso38,40,41,42,43,44,45,46. Ikijumuisha mbinu hizo za uwekaji wa juu, tafiti nyingi za 3D GM hutumia uchanganuzi wa jumla wa Procrustes, algoriti ya sehemu ya karibu inayorudiwa (ICP) 47 ili kuruhusu ulinganisho wa moja kwa moja wa maumbo na kunasa mabadiliko. Vinginevyo, mbinu ya spline nyembamba ya bamba (TPS) 48,49 pia hutumika sana kama mbinu ya mabadiliko isiyo ngumu ya kuchora ramani ya mpangilio wa alama za nusu na maumbo yanayotegemea matundu.
Kwa maendeleo ya skana za mwili mzima za 3D tangu mwishoni mwa karne ya 20, tafiti nyingi zimetumia skana za mwili mzima za 3D kwa vipimo vya ukubwa50,51. Data ya kuchanganua ilitumika kutoa vipimo vya mwili, ambayo inahitaji kuelezea maumbo ya uso kama nyuso badala ya mawingu ya nukta. Ufungaji wa ruwaza ni mbinu iliyotengenezwa kwa kusudi hili katika uwanja wa michoro ya kompyuta, ambapo umbo la uso linaelezewa na modeli ya matundu ya poligoni. Hatua ya kwanza katika ufungaji wa ruwaza ni kuandaa modeli ya matundu ili kutumia kama kiolezo. Baadhi ya vipeo vinavyounda ruwaza ni alama muhimu. Kisha kiolezo hubadilishwa umbo na kubadilishwa kulingana na uso ili kupunguza umbali kati ya kiolezo na wingu la nukta huku ikihifadhi sifa za umbo la ndani la kiolezo. Alama muhimu katika kiolezo zinahusiana na alama muhimu katika wingu la nukta. Kwa kutumia ufungaji wa kiolezo, data yote ya kuchanganua inaweza kuelezewa kama modeli ya matundu yenye idadi sawa ya nukta za data na topolojia sawa. Ingawa homolojia sahihi ipo tu katika nafasi muhimu, inaweza kudhaniwa kuwa kuna homolojia ya jumla kati ya modeli zinazozalishwa kwani mabadiliko katika jiometri ya violezo ni madogo. Kwa hivyo, mifumo ya gridi iliyoundwa kwa kutumia uwekaji wa templeti wakati mwingine huitwa mifumo ya homolojia52. Faida ya uwekaji wa templeti ni kwamba templeti inaweza kubadilishwa na kurekebishwa kwa sehemu tofauti za kitu kinacholengwa ambazo ziko karibu na uso lakini mbali nayo (kwa mfano, upinde wa zygomatic na eneo la muda la fuvu) bila kuathiriana. Uundaji. Kwa njia hii, templeti inaweza kuunganishwa na vitu vya matawi kama vile kiwiliwili au mkono, huku bega likiwa limesimama. Ubaya wa uwekaji wa templeti ni gharama kubwa ya hesabu ya marudio yanayorudiwa, hata hivyo, kutokana na maboresho makubwa katika utendaji wa kompyuta, hii sio suala tena. Kwa kuchanganua thamani za uratibu za vipeo vinavyounda modeli ya mesh kwa kutumia mbinu za uchambuzi wa multivariate kama vile uchambuzi mkuu wa vipengele (PCA), inawezekana kuchanganua mabadiliko katika umbo zima la uso na umbo pepe katika nafasi yoyote katika usambazaji. Hesabu na taswira53. Siku hizi, mifumo ya mesh inayozalishwa na uwekaji wa templeti hutumika sana katika uchanganuzi wa umbo katika nyanja mbalimbali52,54,55,56,57,58,59,60.
Maendeleo katika teknolojia ya kurekodi mesh inayonyumbulika, pamoja na maendeleo ya haraka ya vifaa vya skanning vya 3D vinavyobebeka vyenye uwezo wa skanning kwa ubora wa juu, kasi, na uhamaji kuliko CT, yanafanya iwe rahisi kurekodi data ya uso wa 3D bila kujali eneo. Hivyo, katika uwanja wa anthropolojia ya kibiolojia, teknolojia hizo mpya huongeza uwezo wa kupima na kuchambua takwimu za sampuli za binadamu, ikiwa ni pamoja na sampuli za fuvu, ambayo ndiyo madhumuni ya utafiti huu.
Kwa muhtasari, utafiti huu unatumia teknolojia ya hali ya juu ya uundaji wa uundaji wa umbo la 3D kulingana na ulinganisho wa kiolezo (Mchoro 1) ili kutathmini sampuli 342 za fuvu zilizochaguliwa kutoka kwa idadi ya watu 148 duniani kote kupitia ulinganisho wa kijiografia kote ulimwenguni. Utofauti wa umbo la fuvu (Jedwali 1). Ili kuzingatia mabadiliko katika umbo la fuvu, tulitumia uchanganuzi wa sifa za uendeshaji za PCA na mpokeaji (ROC) kwenye seti ya data ya modeli ya umbo la fuvu tuliyoizalisha. Matokeo yatachangia uelewa bora wa mabadiliko ya kimataifa katika umbo la fuvu, ikiwa ni pamoja na mifumo ya kikanda na kupungua kwa mpangilio wa mabadiliko, mabadiliko yanayohusiana kati ya sehemu za fuvu, na uwepo wa mitindo ya alometri. Ingawa utafiti huu haushughulikii data kuhusu vigeu vya nje vinavyowakilishwa na hali ya hewa au lishe ambayo inaweza kuathiri umbo la fuvu, mifumo ya kijiografia ya umbo la fuvu iliyoandikwa katika utafiti wetu itasaidia kuchunguza vipengele vya mazingira, kibiolojia, na kijenetiki vya tofauti za fuvu.
Jedwali la 2 linaonyesha thamani za eigen na migawo ya mchango wa PCA inayotumika kwenye seti ya data isiyo na viwango ya vipeo 17,709 (viwianishi 53,127 XYZ) vya mifano 342 ya fuvu la homologous. Matokeo yake, vipengele vikuu 14 vilitambuliwa, mchango wake kwa jumla ya tofauti ulikuwa zaidi ya 1%, na jumla ya sehemu ya tofauti ilikuwa 83.68%. Vekta za upakiaji wa vipengele vikuu 14 zimerekodiwa katika Jedwali la Ziada S1, na alama za vipengele zilizohesabiwa kwa sampuli 342 za fuvu zimewasilishwa katika Jedwali la Ziada S2.
Utafiti huu ulitathmini vipengele tisa vikuu vyenye michango zaidi ya 2%, ambavyo baadhi yake vinaonyesha tofauti kubwa na muhimu ya kijiografia katika mofolojia ya fuvu. Mchoro 2 michoro ya mikunjo iliyotokana na uchambuzi wa ROC ili kuonyesha vipengele vya PCA vyenye ufanisi zaidi kwa kuainisha au kutenganisha kila mchanganyiko wa sampuli katika vitengo vikuu vya kijiografia (km, kati ya nchi za Kiafrika na zisizo za Kiafrika). Mchanganyiko wa Polynesia haukujaribiwa kutokana na ukubwa mdogo wa sampuli uliotumika katika jaribio hili. Data kuhusu umuhimu wa tofauti katika AUC na takwimu zingine za msingi zilizohesabiwa kwa kutumia uchambuzi wa ROC zinaonyeshwa katika Jedwali la Ziada S3.
Mikunjo ya ROC ilitumika kwa makadirio tisa ya vipengele vikuu kulingana na seti ya data ya kipeo iliyojumuisha mifano 342 ya fuvu la kiume lenye umbo la homologous. AUC: Eneo chini ya mkunjo kwa umuhimu wa 0.01% lilitumika kutofautisha kila mchanganyiko wa kijiografia kutoka kwa michanganyiko mingine yote. TPF ni chanya kweli (ubaguzi unaofaa), FPF ni chanya ya uongo (ubaguzi batili).
Tafsiri ya mkunjo wa ROC imefupishwa hapa chini, ikizingatia tu vipengele vinavyoweza kutofautisha vikundi vya ulinganisho kwa kuwa na AUC kubwa au kubwa kiasi na kiwango cha juu cha umuhimu chenye uwezekano chini ya 0.001. Mchanganyiko wa Asia Kusini (Mchoro 2a), unaojumuisha zaidi sampuli kutoka India, hutofautiana sana na sampuli zingine zilizochanganywa kijiografia kwa kuwa sehemu ya kwanza (PC1) ina AUC kubwa zaidi (0.856) ikilinganishwa na vipengele vingine. Kipengele cha mchanganyiko wa Afrika (Mchoro 2b) ni AUC kubwa kiasi ya PC2 (0.834). Waaustro-Melanesian (Mchoro 2c) walionyesha mwelekeo sawa na Waafrika Kusini mwa Jangwa la Sahara kupitia PC2 yenye AUC kubwa kiasi (0.759). Wazungu (Mchoro 2d) wanatofautiana waziwazi katika mchanganyiko wa PC2 (AUC = 0.801), PC4 (AUC = 0.719) na PC6 (AUC = 0.671), sampuli ya Kaskazini Mashariki mwa Asia (Mchoro 2e) inatofautiana sana na PC4, ikiwa na 0.714 kubwa zaidi, na tofauti kutoka kwa PC3 ni dhaifu (AUC = 0.688). Makundi yafuatayo pia yalitambuliwa na thamani za chini za AUC na viwango vya juu vya umuhimu: Matokeo ya PC7 (AUC = 0.679), PC4 (AUC = 0.654) na PC1 (AUC = 0.649) yalionyesha kuwa Wamarekani Wenyeji (Mchoro 2f) wenye sifa maalum zinazohusiana na vipengele hivi, Waasia wa Kusini Mashariki (Mchoro 2g) walitofautiana katika PC3 (AUC = 0.660) na PC9 (AUC = 0.663), lakini muundo wa sampuli kutoka Mashariki ya Kati (Mchoro 2h) (ikiwa ni pamoja na Afrika Kaskazini) ulilingana. Ikilinganishwa na zingine hakuna tofauti kubwa.
Katika hatua inayofuata, ili kutafsiri kwa macho vipeo vilivyounganishwa sana, maeneo ya uso yenye thamani kubwa ya mzigo zaidi ya 0.45 yanapakwa rangi na taarifa za kuratibu za X, Y, na Z, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3. Eneo jekundu linaonyesha uhusiano wa juu na viwianishi vya mhimili wa X, ambavyo vinalingana na mwelekeo mlalo wa kupita. Eneo la kijani lina uhusiano wa juu na kuratibu wima ya mhimili wa Y, na eneo la bluu nyeusi lina uhusiano wa juu na kuratibu ya sagittal ya mhimili wa Z. Eneo la bluu nyepesi linahusishwa na shoka za kuratibu za Y na shoka za kuratibu za Z; eneo la waridi - mchanganyiko linalohusishwa na shoka za kuratibu za X na Z; eneo la njano - linalohusishwa na shoka za kuratibu za X na Y; Eneo jeupe lina mhimili wa kuratibu wa X, Y na Z unaoakisiwa. Kwa hivyo, katika kizingiti hiki cha thamani ya mzigo, PC 1 inahusishwa zaidi na uso mzima wa fuvu. Umbo la fuvu pepe la SD 3 upande wa pili wa mhimili huu wa sehemu pia linaonyeshwa kwenye mchoro huu, na picha zilizopinda zinawasilishwa katika Video ya Nyongeza S1 ili kuthibitisha kwa macho kwamba PC1 ina vipengele vya ukubwa wa fuvu kwa ujumla.
Usambazaji wa marudio ya alama za PC1 (mkunjo wa kawaida wa kutoshea), ramani ya rangi ya uso wa fuvu ina uhusiano mkubwa na vipeo vya PC1 (maelezo ya rangi kuhusiana na Ukubwa wa pande tofauti za mhimili huu ni 3 SD. Kipimo ni tufe la kijani lenye kipenyo cha 50 mm.
Mchoro 3 unaonyesha mpangilio wa usambazaji wa masafa (mkunjo wa kawaida wa utoshelevu) wa alama za kila mtu za PC1 zilizohesabiwa kando kwa vitengo 9 vya kijiografia. Mbali na makadirio ya mkunjo wa ROC (Mchoro 2), makadirio ya Waasia Kusini kwa kiasi fulani yameelekezwa upande wa kushoto kwa sababu fuvu zao ni ndogo kuliko zile za makundi mengine ya kikanda. Kama inavyoonyeshwa katika Jedwali 1, Waasia hawa Kusini wanawakilisha makabila nchini India ikijumuisha Visiwa vya Andaman na Nicobar, Sri Lanka na Bangladesh.
Mgawo wa vipimo ulipatikana kwenye PC1. Ugunduzi wa maeneo yanayohusiana sana na maumbo pepe ulisababisha ufafanuzi wa vipengele vya umbo kwa vipengele vingine isipokuwa PC1; hata hivyo, vipengele vya ukubwa si mara zote huondolewa kabisa. Kama inavyoonyeshwa kwa kulinganisha mikunjo ya ROC (Mchoro 2), PC2 na PC4 ndizo zilizokuwa na ubaguzi zaidi, ikifuatiwa na PC6 na PC7. PC3 na PC9 zinafaa sana katika kugawanya idadi ya sampuli katika vitengo vya kijiografia. Kwa hivyo, jozi hizi za shoka za vipengele zinaonyesha kwa mpangilio michoro ya alama za PC na nyuso za rangi zinazohusiana sana na kila kipengele, pamoja na umbo pepe lenye vipimo vya pande tofauti za 3 SD (Michoro 4, 5, 6). Ufikiaji wa ganda lenye mbonyeo wa sampuli kutoka kwa kila kitengo cha kijiografia kinachowakilishwa katika michoro hii ni takriban 90%, ingawa kuna kiwango fulani cha mwingiliano ndani ya makundi. Jedwali 3 linatoa maelezo ya kila kipengele cha PCA.
Vielelezo vya alama za PC2 na PC4 kwa watu wenye fuvu kutoka vitengo tisa vya kijiografia (juu) na vitengo vinne vya kijiografia (chini), michoro ya rangi ya uso wa fuvu ya vipeo ina uhusiano mkubwa na kila PC (ikilinganishwa na X, Y, Z). Maelezo ya rangi ya shoka: tazama maandishi), na umbo la umbo pepe pande tofauti za shoka hizi ni 3 SD. Kipimo ni tufe la kijani lenye kipenyo cha 50 mm.
Vipimo vya alama za PC6 na PC7 kwa watu wenye fuvu kutoka vitengo tisa vya kijiografia (juu) na vitengo viwili vya kijiografia (chini), michoro ya rangi ya uso wa fuvu kwa vipeo inahusiana sana na kila PC (ikilinganishwa na X, Y, Z). Maelezo ya rangi ya shoka: tazama maandishi), na umbo la umbo pepe pande tofauti za shoka hizi ni 3 SD. Kipimo ni tufe la kijani lenye kipenyo cha 50 mm.
Vipimo vya alama za PC3 na PC9 kwa watu wenye fuvu kutoka vitengo tisa vya kijiografia (juu) na vitengo vitatu vya kijiografia (chini), na michoro ya rangi ya uso wa fuvu (ikilinganishwa na shoka za X, Y, Z) za vipeo vinahusiana sana na kila tafsiri ya rangi ya PC: cm . maandishi), pamoja na umbo pepe kwenye pande tofauti za shoka hizi zenye ukubwa wa 3 SD. Kipimo ni tufe la kijani lenye kipenyo cha 50 mm.
Katika grafu inayoonyesha alama za PC2 na PC4 (Mchoro 4, Video za Ziada S2, S3 zinazoonyesha picha zilizoharibika), ramani ya rangi ya uso pia inaonyeshwa wakati kizingiti cha thamani ya mzigo kimewekwa juu kuliko 0.4, ambacho ni cha chini kuliko katika PC1 kwa sababu thamani ya PC2 jumla ya mzigo ni mdogo kuliko katika PC1.
Kurefusha lobes za mbele na oksipitali katika mwelekeo wa sagittal kando ya mhimili wa Z (bluu nyeusi) na lobes za parietali katika mwelekeo wa koroni (nyekundu) kwenye waridi), mhimili wa Y wa oksipitali (kijani) na mhimili wa Z wa paji la uso (bluu nyeusi). Grafu hii inaonyesha alama kwa watu wote duniani kote; hata hivyo, sampuli zote zinazojumuisha idadi kubwa ya vikundi zinapoonyeshwa pamoja kwa wakati mmoja, tafsiri ya mifumo ya kutawanyika ni ngumu sana kutokana na kiasi kikubwa cha mwingiliano; kwa hivyo, kutoka kwa vitengo vinne vikubwa vya kijiografia (yaani, Afrika, Australasia-Melanesia, Ulaya, na Kaskazini Mashariki mwa Asia), sampuli zimetawanyika chini ya grafu na mabadiliko 3 ya fuvu la SD ndani ya safu hii ya alama za PC. Katika mchoro, PC2 na PC4 ni jozi za alama. Waafrika na Waaustro-Melanesia huingiliana zaidi na husambazwa kuelekea upande wa kulia, huku Wazungu wakitawanyika kuelekea upande wa juu kushoto na Waasia wa Kaskazini Mashariki huwa wanakusanyika kuelekea upande wa chini kushoto. Mhimili mlalo wa PC2 unaonyesha kwamba Wamelanesia wa Kiafrika/Waaustralia wana neurocranium ndefu zaidi kuliko watu wengine. PC4, ambapo michanganyiko ya Ulaya na kaskazini mashariki mwa Asia imetenganishwa kwa ulegevu, inahusishwa na ukubwa na makadirio ya mifupa ya zygomatic na mtaro wa pembeni wa calvariamu. Mpango wa alama unaonyesha kwamba Wazungu wana mifupa nyembamba ya taya ya juu na zygomatic, nafasi ndogo ya muda ya fossa iliyopunguzwa na upinde wa zygomatic, mfupa wa mbele ulioinuliwa wima na mfupa wa oksipitali tambarare, chini, huku Waasia wa Kaskazini Mashariki wakiwa na mifupa ya zygomatic iliyo pana na inayoonekana zaidi. Lobe ya mbele imeinama, msingi wa mfupa wa oksipitali umeinuliwa.
Unapozingatia PC6 na PC7 (Mchoro 5) (Video za Nyongeza S4, S5 zinazoonyesha picha zilizoharibika), mchoro wa rangi unaonyesha kizingiti cha thamani ya mzigo zaidi ya 0.3, ikionyesha kuwa PC6 inahusishwa na mofolojia ya taya ya juu au alveoli (nyekundu: mhimili wa X na kijani). Mhimili wa Y), umbo la mfupa wa muda (bluu: shoka za Y na Z) na umbo la mfupa wa oksipitali (pink: shoka za X na Z). Mbali na upana wa paji la uso (nyekundu: mhimili wa X), PC7 pia inahusiana na urefu wa alveoli ya taya ya juu (kijani: mhimili wa Y) na umbo la kichwa cha mhimili wa Z kuzunguka eneo la parietotemporal (bluu nyeusi). Katika paneli ya juu ya Mchoro 5, sampuli zote za kijiografia zinasambazwa kulingana na alama za vipengele vya PC6 na PC7. Kwa sababu ROC inaonyesha kuwa PC6 ina vipengele vya kipekee kwa Ulaya na PC7 inawakilisha vipengele vya Wenyeji wa Amerika katika uchanganuzi huu, sampuli hizi mbili za kikanda zilichorwa kwa njia ya kuchagua kwenye jozi hii ya shoka za vipengele. Wenyeji wa Amerika, ingawa wamejumuishwa sana katika sampuli, wametawanyika kwenye kona ya juu kushoto; Kwa upande mwingine, sampuli nyingi za Ulaya huwa ziko kwenye kona ya chini kulia. Jozi ya PC6 na PC7 zinawakilisha mchakato mwembamba wa alveoli na neurocranium pana ya Wazungu, huku Wamarekani wakitambulika kwa paji la uso jembamba, taya kubwa, na mchakato mpana na mrefu wa alveoli.
Uchambuzi wa ROC ulionyesha kuwa PC3 na/au PC9 zilikuwa za kawaida katika idadi ya watu wa Kusini-mashariki na Kaskazini-mashariki mwa Asia. Kwa hivyo, alama hizo zinaunganisha PC3 (uso wa kijani wa juu kwenye mhimili wa y) na PC9 (uso wa kijani wa chini kwenye mhimili wa y) (Mchoro 6; Video za Ziada S6, S7 hutoa picha zenye umbo) zinaonyesha utofauti wa Waasia Mashariki. , ambayo inatofautiana sana na idadi kubwa ya uso wa Waasia Kaskazini-mashariki na umbo la chini la uso wa Waasia Kusini-mashariki. Mbali na sifa hizi za uso, sifa nyingine ya baadhi ya Waasia Kaskazini-mashariki ni mwelekeo wa lambda wa mfupa wa occipital, huku baadhi ya Waasia Kusini-mashariki wakiwa na msingi mwembamba wa fuvu.
Maelezo hapo juu ya vipengele vikuu na maelezo ya PC5 na PC8 yameachwa kwa sababu hakuna sifa maalum za kikanda zilizopatikana miongoni mwa vitengo tisa vikuu vya kijiografia. PC5 inarejelea ukubwa wa mchakato wa mastoidi wa mfupa wa muda, na PC8 inaonyesha ulinganifu wa umbo la fuvu kwa ujumla, zote zikionyesha tofauti sambamba kati ya michanganyiko tisa ya sampuli za kijiografia.
Mbali na michoro ya alama za PCA za kiwango cha mtu binafsi, pia tunatoa michoro ya njia za kikundi kwa ajili ya kulinganisha kwa ujumla. Kwa lengo hili, modeli ya wastani ya homolojia ya fuvu iliundwa kutoka kwa seti ya data ya kipeo cha mifano ya homolojia ya mtu binafsi kutoka kwa makabila 148. Michoro ya pande mbili ya seti za alama za PC2 na PC4, PC6 na PC7, na PC3 na PC9 zinaonyeshwa katika Mchoro wa Nyongeza S1, zote zikihesabiwa kama modeli ya wastani ya fuvu kwa sampuli ya watu 148. Kwa njia hii, michoro ya kutawanya huficha tofauti za mtu binafsi ndani ya kila kundi, na kuruhusu tafsiri iliyo wazi ya kufanana kwa fuvu kutokana na mgawanyo wa kikanda wa msingi, ambapo ruwaza zinalingana na zile zinazoonyeshwa katika michoro ya mtu binafsi yenye mwingiliano mdogo. Mchoro wa Nyongeza S2 unaonyesha modeli ya jumla ya wastani kwa kila kitengo cha kijiografia.
Mbali na PC1, ambayo ilihusishwa na ukubwa wa jumla (Jedwali la Ziada S2), uhusiano wa alojia kati ya ukubwa wa jumla na umbo la fuvu ulichunguzwa kwa kutumia vipimo vya senta na seti za makadirio ya PCA kutoka kwa data isiyo ya kawaida. Vigezo vya alojia, thamani zisizobadilika, thamani za t, na thamani za P katika jaribio la umuhimu zinaonyeshwa katika Jedwali 4. Hakuna vipengele muhimu vya muundo wa alojia vinavyohusiana na ukubwa wa fuvu kwa ujumla vilivyopatikana katika mofolojia yoyote ya fuvu katika kiwango cha P < 0.05.
Kwa sababu baadhi ya vipengele vya ukubwa vinaweza kujumuishwa katika makadirio ya PC kulingana na seti za data zisizo za kawaida, tulichunguza zaidi mwenendo wa alometri kati ya ukubwa wa sentroid na alama za PC zilizohesabiwa kwa kutumia seti za data zilizorekebishwa kwa ukubwa wa sentroid (matokeo ya PCA na seti za alama zimewasilishwa katika Majedwali ya Ziada S6). , C7). Jedwali la 4 linaonyesha matokeo ya uchambuzi wa alometri. Kwa hivyo, mitindo muhimu ya alometri ilipatikana katika kiwango cha 1% katika PC6 na katika kiwango cha 5% katika PC10. Mchoro 7 unaonyesha miteremko ya urejeshaji wa uhusiano huu wa logi-linear kati ya alama za PC na ukubwa wa sentroid na vielelezo (±3 SD) katika kila upande wa ukubwa wa sentroid ya logi. Alama ya PC6 ni uwiano wa urefu na upana wa fuvu. Kadri ukubwa wa fuvu unavyoongezeka, fuvu na uso huwa juu, na paji la uso, soketi za macho na pua huwa karibu zaidi. Muundo wa usambazaji wa sampuli unaonyesha kwamba uwiano huu kwa kawaida hupatikana kwa Waasia wa Kaskazini Mashariki na Wamarekani Wenyeji. Zaidi ya hayo, PC10 inaonyesha mwelekeo kuelekea kupungua kwa uwiano katika upana wa uso wa kati bila kujali eneo la kijiografia.
Kwa uhusiano muhimu wa alometri ulioorodheshwa kwenye jedwali, mteremko wa urejelezaji wa logi-mstari kati ya uwiano wa PC wa sehemu ya umbo (iliyopatikana kutoka kwa data iliyorekebishwa) na ukubwa wa senta, uundaji wa umbo pepe una ukubwa wa 3 SD upande wa pili wa mstari wa 4.
Mpangilio ufuatao wa mabadiliko katika mofolojia ya fuvu umeonyeshwa kupitia uchanganuzi wa seti za data za mifano ya uso wa 3D inayofanana. Sehemu ya kwanza ya PCA inahusiana na ukubwa wa fuvu kwa ujumla. Imefikiriwa kwa muda mrefu kwamba mafuvu madogo ya Waasia Kusini, ikiwa ni pamoja na vielelezo kutoka India, Sri Lanka na Visiwa vya Andaman, Bangladesh, yanatokana na ukubwa wao mdogo wa mwili, unaoendana na sheria ya ikolojia ya Bergmann au sheria ya kisiwa613,5,16,25,27,62. Ya kwanza inahusiana na halijoto, na ya pili inategemea nafasi inayopatikana na rasilimali za chakula za niche ya ikolojia. Miongoni mwa vipengele vya umbo, mabadiliko makubwa zaidi ni uwiano wa urefu na upana wa sehemu ya juu ya fuvu. Kipengele hiki, kilichoteuliwa kuwa PC2, kinaelezea uhusiano wa karibu kati ya mafuvu yaliyorefushwa kwa uwiano ya Waaustro-Melanesian na Waafrika, pamoja na tofauti kutoka kwa mafuvu ya duara ya baadhi ya Wazungu na Waasia wa Kaskazini Mashariki. Sifa hizi zimeripotiwa katika tafiti nyingi za awali kulingana na vipimo rahisi vya mstari37,63,64. Zaidi ya hayo, sifa hii inahusishwa na brachycephaly kwa watu wasio Waafrika, ambayo imejadiliwa kwa muda mrefu katika tafiti za anthropometric na osteometri. Dhana kuu iliyo nyuma ya maelezo haya ni kwamba kupungua kwa kutafuna, kama vile kukonda misuli ya temporalis, hupunguza shinikizo kwenye ngozi ya kichwa ya nje5,8,9,10,11,12,13. Dhana nyingine inahusisha kukabiliana na hali ya hewa ya baridi kwa kupunguza eneo la uso wa kichwa, ikidokeza kwamba fuvu la mviringo zaidi hupunguza eneo la uso vizuri zaidi kuliko umbo la mviringo, kulingana na sheria za Allen16,17,25. Kulingana na matokeo ya utafiti wa sasa, dhana hizi zinaweza kutathminiwa tu kulingana na uhusiano mtambuka wa sehemu za fuvu. Kwa muhtasari, matokeo yetu ya PCA hayaungi mkono kikamilifu dhana kwamba uwiano wa urefu na upana wa fuvu huathiriwa sana na hali za kutafuna, kwani mzigo wa PC2 (sehemu ndefu/brachycephalic) haukuhusiana sana na uwiano wa uso (ikiwa ni pamoja na vipimo vya taya ya juu). na nafasi ya fossa ya muda (inayoakisi ujazo wa misuli ya temporalis). Utafiti wetu wa sasa haukuchambua uhusiano kati ya umbo la fuvu na hali ya mazingira ya kijiolojia kama vile halijoto; hata hivyo, maelezo yanayotegemea kanuni ya Allen yanaweza kufaa kuzingatiwa kama dhana mbadala ya kuelezea brachycephalon katika maeneo ya hali ya hewa ya baridi.
Tofauti kubwa ilipatikana katika PC4, ikidokeza kwamba Waasia wa Kaskazini Mashariki wana mifupa mikubwa na maarufu ya zygomatic kwenye mifupa ya taya ya juu na zygomatic. Ugunduzi huu unaendana na sifa maalum inayojulikana ya Wasiberi, ambao wanafikiriwa kuzoea hali ya hewa ya baridi sana kwa kusonga mbele kwa mifupa ya zygomatic, na kusababisha kuongezeka kwa ujazo wa sinasi na uso tambarare 65. Ugunduzi mpya kutoka kwa mfumo wetu wa homologous ni kwamba mashavu yaliyoinama kwa Wazungu yanahusishwa na mteremko mdogo wa mbele, pamoja na mifupa ya occipital iliyobanwa na nyembamba na mkunjo wa nuchal. Kwa upande mwingine, Waasia wa Kaskazini Mashariki huwa na paji la uso linaloteleza na maeneo yaliyoinuliwa ya occipital. Uchunguzi wa mfupa wa occipital kwa kutumia mbinu za kijiometri za mofometriki 35 umeonyesha kuwa fuvu za Asia na Ulaya zina mkunjo tambarare wa nuchal na nafasi ya chini ya occipital ikilinganishwa na Waafrika. Hata hivyo, michoro yetu ya PC2 na PC4 na PC3 na PC9 ilionyesha tofauti kubwa zaidi kwa Waasia, ilhali Wazungu walibainishwa na msingi tambarare wa occiput na occiput ya chini. Kutolingana katika sifa za Asia kati ya tafiti kunaweza kuwa kutokana na tofauti katika sampuli za kikabila zilizotumika, kwani tulipima idadi kubwa ya makabila kutoka wigo mpana wa Kaskazini-mashariki na Kusini-mashariki mwa Asia. Mabadiliko katika umbo la mfupa wa occipital mara nyingi huhusishwa na ukuaji wa misuli. Hata hivyo, maelezo haya yanayobadilika hayazingatii uhusiano kati ya paji la uso na umbo la occiput, ambao ulionyeshwa katika utafiti huu lakini kuna uwezekano mkubwa haujaonyeshwa kikamilifu. Katika suala hili, inafaa kuzingatia uhusiano kati ya usawa wa uzito wa mwili na kitovu cha mvuto au makutano ya kizazi (foramen magnum) au mambo mengine.
Kipengele kingine muhimu chenye utofauti mkubwa kinahusiana na ukuzaji wa kifaa cha kutafuna, kinachowakilishwa na fossae ya taya ya juu na ya muda, ambayo inaelezewa na mchanganyiko wa alama PC6, PC7 na PC4. Kupungua huku kwa alama katika sehemu za fuvu huwatambulisha watu wa Ulaya zaidi ya kundi lingine lolote la kijiografia. Kipengele hiki kimetafsiriwa kama matokeo ya kupungua kwa utulivu wa mofolojia ya uso kutokana na maendeleo ya mapema ya mbinu za kilimo na maandalizi ya chakula, ambayo nayo yalipunguza mzigo wa mitambo kwenye kifaa cha kutafuna bila kifaa chenye nguvu cha kutafuna9,12,28,66. Kulingana na dhana ya utendaji wa kutafuna, 28 hii inaambatana na mabadiliko katika mkunjo wa msingi wa fuvu hadi pembe kali zaidi ya fuvu na paa la fuvu lenye duara zaidi. Kwa mtazamo huu, idadi ya watu wa kilimo huwa na nyuso ndogo, kutokeza kidogo kwa taya ya chini, na utando wa meninges wenye umbo la mviringo zaidi. Kwa hivyo, mabadiliko haya yanaweza kuelezewa na muhtasari wa jumla wa umbo la pembeni la fuvu la Wazungu wenye viungo vya kutafuna vilivyopunguzwa. Hata hivyo, kulingana na utafiti huu, tafsiri hii ni changamano kwa sababu umuhimu wa utendaji kazi wa uhusiano wa kimofolojia kati ya neurocranium ya globose na maendeleo ya kifaa cha kutafuna haukubaliki sana, kama ilivyozingatiwa katika tafsiri za awali za PC2.
Tofauti kati ya Waasia wa Kaskazini Mashariki na Waasia wa Kusini Mashariki zinaonyeshwa na tofauti kati ya uso mrefu wenye mfupa wa oksipitali unaoteleza na uso mfupi wenye msingi mwembamba wa fuvu, kama inavyoonyeshwa katika PC3 na PC9. Kutokana na ukosefu wa data ya kijiolojia, utafiti wetu unatoa maelezo machache tu kwa ugunduzi huu. Maelezo yanayowezekana ni kukabiliana na hali tofauti ya hewa au lishe. Mbali na kukabiliana na mazingira, tofauti za ndani katika historia ya idadi ya watu Kaskazini Mashariki na Kusini Mashariki mwa Asia pia zilizingatiwa. Kwa mfano, katika mashariki mwa Eurasia, modeli ya tabaka mbili imedhaniwa kuelewa mtawanyiko wa wanadamu wa kisasa wa anatomia (AMH) kulingana na data ya mofometri ya fuvu67,68. Kulingana na modeli hii, "ngazi ya kwanza", yaani, vikundi vya asili vya wakoloni wa Late Pleistocene AMH, vilikuwa na asili ya moja kwa moja kutoka kwa wenyeji wa eneo hilo, kama vile Waaustro-Melanesian wa kisasa (uk. Tabaka la Kwanza). , na baadaye nilipitia mchanganyiko mkubwa wa watu wa kilimo wa kaskazini wenye sifa za kaskazini mashariki mwa Asia (safu ya pili) katika eneo hilo (karibu miaka 4,000 iliyopita). Mtiririko wa jeni uliopangwa kwa kutumia modeli ya "safu mbili" utahitajika ili kuelewa umbo la fuvu la Kusini Mashariki mwa Asia, ikizingatiwa kwamba umbo la fuvu la Kusini Mashariki mwa Asia linaweza kutegemea kwa kiasi fulani urithi wa kijenetiki wa ngazi ya kwanza wa eneo hilo.
Kwa kutathmini kufanana kwa fuvu kwa kutumia vitengo vya kijiografia vilivyochorwa kwa kutumia modeli za homologous, tunaweza kuhitimisha historia ya msingi ya idadi ya watu ya AMF katika matukio nje ya Afrika. Mifumo mingi tofauti ya "nje ya Afrika" imependekezwa kuelezea usambazaji wa AMF kulingana na data ya mifupa na jenomu. Kati ya hizi, tafiti za hivi karibuni zinaonyesha kwamba ukoloni wa AMH wa maeneo nje ya Afrika ulianza takriban miaka 177,000 iliyopita69,70. Hata hivyo, usambazaji wa masafa marefu wa AMF katika Eurasia wakati huu bado hauna uhakika, kwani makazi ya visukuku hivi vya awali yamepunguzwa hadi Mashariki ya Kati na Mediterania karibu na Afrika. Kesi rahisi zaidi ni makazi moja kando ya njia ya uhamiaji kutoka Afrika hadi Eurasia, ikipita vikwazo vya kijiografia kama vile Himalaya. Mfano mwingine unaonyesha mawimbi mengi ya uhamiaji, ya kwanza ambayo yalienea kutoka Afrika kando ya pwani ya Bahari ya Hindi hadi Asia ya Kusini-mashariki na Australia, na kisha yakaenea hadi kaskazini mwa Eurasia. Mengi ya tafiti hizi yanathibitisha kwamba AMF ilienea mbali zaidi ya Afrika karibu miaka 60,000 iliyopita. Katika suala hili, sampuli za Australasia-Melanesia (ikiwa ni pamoja na Papua) zinaonyesha kufanana zaidi na sampuli za Kiafrika kuliko mfululizo mwingine wowote wa kijiografia katika uchanganuzi wa vipengele vikuu vya modeli za homolojia. Ugunduzi huu unaunga mkono dhana kwamba vikundi vya kwanza vya usambazaji wa AMF kando ya ukingo wa kusini wa Eurasia viliibuka moja kwa moja Afrika22,68 bila mabadiliko makubwa ya kimofolojia katika kukabiliana na hali maalum ya hewa au hali nyingine muhimu.
Kuhusu ukuaji wa alometri, uchambuzi kwa kutumia vipengele vya umbo vinavyotokana na seti tofauti ya data iliyorekebishwa kwa ukubwa wa sentroid ulionyesha mwelekeo muhimu wa alometri katika PC6 na PC10. Vipengele vyote viwili vinahusiana na umbo la paji la uso na sehemu za uso, ambazo huwa nyembamba kadri ukubwa wa fuvu unavyoongezeka. Waasia wa kaskazini mashariki na Wamarekani huwa na sifa hii na wana fuvu kubwa kiasi. Ugunduzi huu unapingana na mifumo ya alometri iliyoripotiwa hapo awali ambapo ubongo mkubwa una tundu pana zaidi la mbele katika eneo linaloitwa "kofia ya Broca", na kusababisha kuongezeka kwa upana wa tundu la mbele34. Tofauti hizi zinaelezewa na tofauti katika seti za sampuli; Utafiti wetu ulichambua mifumo ya alometri ya ukubwa wa fuvu kwa ujumla kwa kutumia idadi ya watu wa kisasa, na tafiti za kulinganisha zinashughulikia mitindo ya muda mrefu katika mageuko ya binadamu yanayohusiana na ukubwa wa ubongo.
Kuhusu alojia ya uso, utafiti mmoja kwa kutumia data ya kibiometriki78 uligundua kuwa umbo na ukubwa wa uso vinaweza kuwa na uhusiano kidogo, ilhali utafiti wetu uligundua kuwa fuvu kubwa huwa zinahusishwa na nyuso ndefu na nyembamba. Hata hivyo, uthabiti wa data ya kibiometriki haueleweki; Vipimo vya urejeshaji vinavyolinganisha alojia ya kijeni na alojia tuli vinaonyesha matokeo tofauti. Mwelekeo wa alojia kuelekea umbo la fuvu la duara kutokana na urefu ulioongezeka pia umeripotiwa; hata hivyo, hatukuchambua data ya urefu. Utafiti wetu unaonyesha kuwa hakuna data ya alojia inayoonyesha uhusiano kati ya uwiano wa globular ya fuvu na ukubwa wa jumla wa fuvu kwa kila sekunde.
Ingawa utafiti wetu wa sasa haushughulikii data kuhusu vigeu vya nje vinavyowakilishwa na hali ya hewa au lishe ambayo inaweza kuathiri mofolojia ya fuvu, seti kubwa ya data ya mifano ya uso wa fuvu ya 3D inayofanana iliyotumika katika utafiti huu itasaidia kutathmini tofauti za kimofolojia zinazohusiana. Vipengele vya mazingira kama vile lishe, hali ya hewa na lishe, pamoja na nguvu zisizoegemea upande wowote kama vile uhamiaji, mtiririko wa jeni na mkondo wa kijenetiki.
Utafiti huu ulijumuisha sampuli 342 za mafuvu ya kiume zilizokusanywa kutoka kwa idadi 148 katika vitengo 9 vya kijiografia (Jedwali 1). Makundi mengi ni sampuli asilia kijiografia, huku baadhi ya makundi barani Afrika, Kaskazini-mashariki/Kusini-mashariki mwa Asia na Amerika (yaliyoorodheshwa kwa herufi za italiki) yamefafanuliwa kikabila. Sampuli nyingi za fuvu zilichaguliwa kutoka kwenye hifadhidata ya vipimo vya fuvu kulingana na ufafanuzi wa kipimo cha fuvu cha Martin uliotolewa na Tsunehiko Hanihara. Tulichagua wakilishi wa mafuvu ya kiume kutoka kwa makabila yote duniani. Ili kutambua wanachama wa kila kundi, tulihesabu umbali wa Euclidean kulingana na vipimo 37 vya fuvu kutoka kwa wastani wa kundi kwa watu wote walio katika kundi hilo. Mara nyingi, tulichagua sampuli 1-4 zenye umbali mdogo zaidi kutoka kwa wastani (Jedwali la Nyongeza S4). Kwa makundi haya, baadhi ya sampuli zilichaguliwa kwa nasibu ikiwa hazikuorodheshwa kwenye hifadhidata ya vipimo vya Hahara.
Kwa kulinganisha takwimu, sampuli 148 za idadi ya watu ziliwekwa katika vitengo vikuu vya kijiografia, kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la 1. Kundi la "Waafrika" lina sampuli kutoka eneo la Kusini mwa Jangwa la Sahara pekee. Vielelezo kutoka Afrika Kaskazini vilijumuishwa katika "Mashariki ya Kati" pamoja na sampuli kutoka Asia Magharibi zenye hali sawa. Kundi la Kaskazini Mashariki mwa Asia linajumuisha watu wasio wa asili ya Ulaya pekee, na kundi la Wamarekani linajumuisha Wamarekani Wenyeji pekee. Hasa, kundi hili limesambazwa katika eneo kubwa la mabara ya Kaskazini na Kusini mwa Amerika, katika mazingira mbalimbali. Hata hivyo, tunazingatia sampuli ya Marekani ndani ya kitengo hiki kimoja cha kijiografia, kutokana na historia ya idadi ya watu wa Wamarekani Wenyeji wanaochukuliwa kuwa na asili ya Kaskazini Mashariki mwa Asia, bila kujali uhamiaji mwingi 80.
Tulirekodi data ya uso wa 3D ya sampuli hizi tofauti za fuvu kwa kutumia skana ya 3D yenye ubora wa juu (EinScan Pro na Shining 3D Co Ltd, ubora wa chini kabisa: 0.5 mm, https://www.shining3d.com/) na kisha tukatengeneza wavu. Mfano wa wavu una takriban vipeo 200,000–400,000, na programu iliyojumuishwa hutumika kujaza mashimo na kingo laini.
Katika hatua ya kwanza, tulitumia data ya kuchanganua kutoka kwa fuvu lolote ili kuunda modeli ya fuvu yenye matundu ya kiolezo kimoja yenye vipeo 4485 (nyuso 8728 za poligoni). Msingi wa eneo la fuvu, unaojumuisha mfupa wa sphenoid, mfupa wa muda wa petrous, kaakaa, alveoli ya taya ya juu, na meno, uliondolewa kwenye modeli ya matundu ya kiolezo. Sababu ni kwamba miundo hii wakati mwingine huwa haijakamilika au ni vigumu kukamilisha kutokana na sehemu nyembamba au nyembamba zenye ncha kali kama vile nyuso za pterygoid na michakato ya styloid, uchakavu wa meno na/au seti isiyo sawa ya meno. Msingi wa fuvu unaozunguka foramen magnum, ikiwa ni pamoja na msingi, haukuondolewa kwa sababu hii ni eneo muhimu la anatomiki kwa eneo la viungo vya seviksi na urefu wa fuvu lazima upimwe. Tumia pete za kioo kuunda templeti ambayo ni ya ulinganifu pande zote mbili. Fanya matundu ya isotropiki ili kubadilisha maumbo ya poligoni kuwa sawa iwezekanavyo.
Kisha, alama 56 ziliwekwa kwenye vipeo vinavyolingana na anatomia vya modeli ya kiolezo kwa kutumia programu ya HBM-Rugle. Mipangilio ya alama muhimu inahakikisha usahihi na uthabiti wa nafasi ya alama muhimu na kuhakikisha homolojia ya maeneo haya katika modeli ya homolojia iliyozalishwa. Zinaweza kutambuliwa kulingana na sifa zao maalum, kama inavyoonyeshwa katika Jedwali la Ziada S5 na Mchoro wa Ziada S3. Kulingana na ufafanuzi wa Bookstein81, alama nyingi hizi ni alama za Aina ya I zilizoko kwenye makutano ya miundo mitatu, na baadhi ni alama za Aina ya II zenye ncha za mkunjo wa juu zaidi. Alama nyingi muhimu zilihamishwa kutoka kwa nukta zilizofafanuliwa kwa vipimo vya mstari wa fuvu katika ufafanuzi wa Martin 36. Tulifafanua alama hizo hizo 56 muhimu kwa mifano iliyochanganuliwa ya sampuli 342 za fuvu, ambazo ziliwekwa kwa mikono kwenye vipeo vinavyolingana na anatomia ili kutoa mifano sahihi zaidi ya homolojia katika sehemu inayofuata.
Mfumo wa kuratibu unaozingatia kichwa ulifafanuliwa kuelezea data ya kuchanganua na kiolezo, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro wa Nyongeza S4. Ndege ya XZ ni ndege ya mlalo ya Frankfurt inayopita kwenye sehemu ya juu zaidi (ufafanuzi wa Martin: sehemu) ya ukingo wa juu wa mifereji ya nje ya sikio ya kushoto na kulia na sehemu ya chini kabisa (ufafanuzi wa Martin: obiti) ya ukingo wa chini wa mzunguko wa kushoto. . Mhimili wa X ni mstari unaounganisha pande za kushoto na kulia, na X+ ni upande wa kulia. Ndege ya YZ hupita katikati ya sehemu za kushoto na kulia na mzizi wa pua: Y+ juu, Z+ mbele. Sehemu ya marejeleo (asili: kuratibu sifuri) imewekwa kwenye makutano ya ndege ya YZ (katikati), ndege ya XZ (ndege ya Frankfort) na ndege ya XY (ndege ya korona).
Tulitumia programu ya HBM-Rugle (Medical Engineering, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/) kuunda modeli ya matundu inayofanana kwa kufanya uwekaji wa kiolezo kwa kutumia alama 56 za alama (upande wa kushoto wa Mchoro 1). Sehemu kuu ya programu, iliyotengenezwa awali na Kituo cha Utafiti wa Binadamu wa Kidijitali katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Viwanda ya Juu nchini Japani, inaitwa HBM na ina kazi za uwekaji wa violezo kwa kutumia alama za alama na kuunda modeli za matundu madogo kwa kutumia nyuso za kugawanya82. Toleo lililofuata la programu (mHBM) 83 liliongeza kipengele cha uwekaji wa ruwaza bila alama za alama ili kuboresha utendaji wa uwekaji. HBM-Rugle inachanganya programu ya mHBM na vipengele vya ziada vinavyofaa kwa mtumiaji ikiwa ni pamoja na kubinafsisha mifumo ya uratibu na kubadilisha ukubwa wa data ya ingizo. Uaminifu wa usahihi wa uwekaji wa programu umethibitishwa katika tafiti nyingi52,54,55,56,57,58,59,60.
Wakati wa kuweka kiolezo cha HBM-Rugle kwa kutumia alama za msingi, modeli ya matundu ya kiolezo huwekwa juu ya data ya uchanganuzi lengwa kwa usajili thabiti kulingana na teknolojia ya ICP (kupunguza jumla ya umbali kati ya alama za msingi zinazolingana na kiolezo na data ya uchanganuzi lengwa), na kisha kwa uundaji usio mgumu wa matundu hurekebisha kiolezo na data ya uchanganuzi lengwa. Mchakato huu wa uwekaji ulirudiwa mara tatu kwa kutumia thamani tofauti za vigezo viwili vya uwekaji ili kuboresha usahihi wa uwekaji. Mojawapo ya vigezo hivi hupunguza umbali kati ya modeli ya gridi ya kiolezo na data ya uchanganuzi lengwa, na nyingine huadhibu umbali kati ya alama za msingi za kiolezo na alama za msingi. Mfano wa matundu ya kiolezo ulioharibika kisha ukagawanywa kwa kutumia algoriti ya ugawaji wa uso wa mzunguko 82 ili kuunda modeli ya matundu iliyosafishwa zaidi yenye vipeo 17,709 (poligoni 34,928). Hatimaye, modeli ya gridi ya kiolezo iliyogawanywa inafaa kwa data ya uchanganuzi lengwa ili kutoa modeli ya homolojia. Kwa kuwa maeneo ya alama za alama ni tofauti kidogo na yale yaliyo kwenye data ya uchanganuzi lengwa, modeli ya homolojia ilirekebishwa vizuri ili kuyaelezea kwa kutumia mfumo wa uratibu wa mwelekeo wa kichwa ulioelezwa katika sehemu iliyotangulia. Umbali wa wastani kati ya alama za alama za mfano zinazolingana na data ya uchanganuzi lengwa katika sampuli zote ulikuwa <0.01 mm. Ikihesabiwa kwa kutumia kitendakazi cha HBM-Rugle, umbali wa wastani kati ya pointi za data za modeli ya homolojia na data ya uchanganuzi lengwa ulikuwa 0.322 mm (Jedwali la Ziada S2).
Ili kuelezea mabadiliko katika mofolojia ya fuvu, vipeo 17,709 (viwianishi 53,127 vya XYZ) vya mifumo yote inayofanana vilichambuliwa kwa kutumia uchanganuzi mkuu wa vipengele (PCA) kwa kutumia programu ya HBS iliyoundwa na Kituo cha Sayansi ya Binadamu ya Kidijitali katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Viwanda ya Juu. , Japani (muuzaji wa usambazaji: Uhandisi wa Matibabu, Kyoto, http://www.rugle.co.jp/). Kisha tulijaribu kutumia PCA kwenye seti ya data isiyo ya kawaida na seti ya data iliyorekebishwa kwa ukubwa wa sentimita. Hivyo, PCA kulingana na data isiyo ya kawaida inaweza kuainisha kwa uwazi zaidi umbo la fuvu la vitengo tisa vya kijiografia na kurahisisha tafsiri ya vipengele kuliko PCA kwa kutumia data sanifu.
Makala haya yanawasilisha idadi ya vipengele vikuu vilivyogunduliwa vyenye mchango wa zaidi ya 1% ya jumla ya tofauti. Ili kubaini vipengele vikuu vyenye ufanisi zaidi katika kutofautisha vikundi katika vitengo vikuu vya kijiografia, uchanganuzi wa sifa za uendeshaji wa kipokezi (ROC) ulitumika kwa alama za vipengele vikuu (PC) zenye mchango mkubwa kuliko 2% 84. Uchanganuzi huu hutoa mkunjo wa uwezekano kwa kila kipengele cha PCA ili kuboresha utendaji wa uainishaji na kulinganisha kwa usahihi viwanja kati ya vikundi vya kijiografia. Kiwango cha nguvu ya kibaguzi kinaweza kutathminiwa na eneo lililo chini ya mkunjo (AUC), ambapo vipengele vya PCA vyenye thamani kubwa vinaweza kutofautisha vyema kati ya vikundi. Jaribio la mraba la chi lilifanywa ili kutathmini kiwango cha umuhimu. Uchanganuzi wa ROC ulifanywa katika Microsoft Excel kwa kutumia programu ya Bell Curve for Excel (toleo la 3.21).
Ili kuibua tofauti za kijiografia katika mofolojia ya fuvu, michoro ya kutawanya iliundwa kwa kutumia alama za PC ambazo zilitofautisha vyema vikundi kutoka kwa vitengo vikuu vya kijiografia. Ili kutafsiri vipengele vikuu, tumia ramani ya rangi kuibua vipeo vya modeli ambavyo vina uhusiano mkubwa na vipengele vikuu. Zaidi ya hayo, uwakilishi pepe wa ncha za shoka za vipengele vikuu zilizoko katika ±3 kiwango cha kupotoka (SD) cha alama za vipengele vikuu zilihesabiwa na kuwasilishwa katika video ya ziada.
Allometria ilitumika kubaini uhusiano kati ya vipengele vya umbo la fuvu na ukubwa vilivyotathminiwa katika uchanganuzi wa PCA. Uchanganuzi huu ni halali kwa vipengele vikuu vyenye michango >1%. Kikwazo kimoja cha PCA hii ni kwamba vipengele vya umbo haviwezi kuonyesha umbo kivyake kwa sababu seti ya data isiyo ya kawaida haiondoi vipengele vyote vya vipimo. Mbali na kutumia seti za data zisizo za kawaida, pia tulichambua mitindo ya alometri kwa kutumia seti za sehemu za PC kulingana na data ya ukubwa wa senta ya kawaida inayotumika kwa vipengele vikuu vyenye michango >1%.
Mielekeo ya alometri ilijaribiwa kwa kutumia mlinganyo Y = aXb 85 ambapo Y ni umbo au uwiano wa sehemu ya umbo, X ni ukubwa wa senta (Jedwali la Nyongeza S2), a ni thamani isiyobadilika, na b ni mgawo wa alometri. Njia hii kimsingi inaanzisha masomo ya ukuaji wa alometri katika mofometri ya kijiometri78,86. Mabadiliko ya logarithmic ya fomula hii ni: logi Y = b × logi X + logi a. Uchambuzi wa urejeshaji kwa kutumia mbinu ya miraba midogo zaidi ulitumika kukokotoa a na b. Wakati Y (ukubwa wa senta) na X (alama za PC) zinapobadilishwa kilogarithmic, thamani hizi lazima ziwe chanya; hata hivyo, seti ya makadirio ya X ina thamani hasi. Kama suluhisho, tuliongeza mzunguko kwa thamani kamili ya sehemu ndogo zaidi pamoja na 1 kwa kila sehemu katika kila sehemu na kutumia mabadiliko ya logarithmic kwa sehemu zote chanya zilizobadilishwa. Umuhimu wa viambato vya alometri ulipimwa kwa kutumia jaribio la t la Mwanafunzi lenye mikia miwili. Mahesabu haya ya takwimu ili kujaribu ukuaji wa alometri yalifanywa kwa kutumia Bell Curves katika programu ya Excel (toleo la 3.21).
Wolpoff, MH Athari za hali ya hewa kwenye pua za mifupa. Ndiyo. J. Phys. Humanity. 29, 405–423. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330290315 (1968).
Beals, KL Umbo la kichwa na msongo wa hali ya hewa. Ndiyo. J. Phys. Humanity. 37, 85–92. https://doi.org/10.1002/ajpa.1330370111 (1972).
Muda wa chapisho: Aprili-02-2024