त्रि-आयामी सतह समरूपता मॉडल के विश्लेषण के माध्यम से आधुनिक मानव खोपड़ी की आकृति विज्ञान का वर्णन करने वाले वैश्विक पैटर्न।

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इस अध्ययन ने दुनिया भर के 148 जातीय समूहों के स्कैन डेटा के आधार पर एक ज्यामितीय होमोलॉजी मॉडल का उपयोग करके मानव कपाल आकृति विज्ञान में क्षेत्रीय विविधता का आकलन किया।यह विधि पुनरावृत्त निकटतम बिंदु एल्गोरिदम का उपयोग करके गैर-कठोर परिवर्तनों को निष्पादित करके समरूप जाल उत्पन्न करने के लिए टेम्पलेट फिटिंग तकनीक का उपयोग करती है।342 चयनित समजात मॉडलों में प्रमुख घटक विश्लेषण लागू करके, समग्र आकार में सबसे बड़ा परिवर्तन पाया गया और दक्षिण एशिया की एक छोटी खोपड़ी के लिए स्पष्ट रूप से पुष्टि की गई।दूसरा सबसे बड़ा अंतर न्यूरोक्रेनियम की लंबाई और चौड़ाई का अनुपात है, जो अफ्रीकियों की लम्बी खोपड़ी और पूर्वोत्तर एशियाई लोगों की उत्तल खोपड़ी के बीच अंतर को दर्शाता है।यह ध्यान देने योग्य बात है कि इस घटक का चेहरे की बनावट से कोई लेना-देना नहीं है।पूर्वोत्तर एशियाई लोगों में उभरे हुए गाल और यूरोपीय लोगों में कॉम्पैक्ट मैक्सिलरी हड्डियों जैसी प्रसिद्ध चेहरे की विशेषताओं की फिर से पुष्टि की गई।चेहरे के ये परिवर्तन खोपड़ी की रूपरेखा से निकटता से संबंधित हैं, विशेष रूप से ललाट और पश्चकपाल हड्डियों के झुकाव की डिग्री से।समग्र खोपड़ी के आकार के सापेक्ष चेहरे के अनुपात में एलोमेट्रिक पैटर्न पाए गए;बड़ी खोपड़ी में चेहरे की रूपरेखा लंबी और संकीर्ण होती है, जैसा कि कई मूल अमेरिकियों और पूर्वोत्तर एशियाई लोगों में प्रदर्शित किया गया है।हालाँकि हमारे अध्ययन में पर्यावरणीय चर पर डेटा शामिल नहीं है जो कपाल आकृति विज्ञान को प्रभावित कर सकता है, जैसे कि जलवायु या आहार की स्थिति, कंकालीय फेनोटाइपिक विशेषताओं के लिए अलग-अलग स्पष्टीकरण खोजने में समरूप कपाल पैटर्न का एक बड़ा डेटा सेट उपयोगी होगा।
मानव खोपड़ी के आकार में भौगोलिक अंतर का लंबे समय से अध्ययन किया गया है।कई शोधकर्ताओं ने पर्यावरणीय अनुकूलन और/या प्राकृतिक चयन की विविधता का आकलन किया है, विशेष रूप से जलवायु कारकों1,2,3,4,5,6,7 या पोषण संबंधी स्थितियों5,8,9,10, 11,12 के आधार पर चबाने की क्रिया में।13. .इसके अलावा, कुछ अध्ययनों ने तटस्थ जीन उत्परिवर्तन14,15,16,17,18,19,20,21,22,23 के कारण होने वाले अड़चन प्रभाव, आनुवंशिक बहाव, जीन प्रवाह, या स्टोकेस्टिक विकासवादी प्रक्रियाओं पर ध्यान केंद्रित किया है।उदाहरण के लिए, चौड़ी और छोटी कपाल तिजोरी के गोलाकार आकार को एलन के नियम 24 के अनुसार चयनात्मक दबाव के अनुकूलन के रूप में समझाया गया है, जो बताता है कि स्तनधारी आयतन 2,4,16,17,25 के सापेक्ष शरीर की सतह के क्षेत्र को कम करके गर्मी के नुकसान को कम करते हैं। .इसके अतिरिक्त, बर्गमैन के नियम 26 का उपयोग करते हुए कुछ अध्ययनों ने खोपड़ी के आकार और तापमान 3,5,16,25,27 के बीच संबंध को समझाया है, यह सुझाव देते हुए कि गर्मी के नुकसान को रोकने के लिए ठंडे क्षेत्रों में समग्र आकार बड़ा होता है।किसानों और शिकारियों8,9,11,12,28 के बीच पाक संस्कृति या निर्वाह मतभेदों के परिणामस्वरूप आहार संबंधी स्थितियों के संबंध में कपाल तिजोरी और चेहरे की हड्डियों के विकास पैटर्न पर चबाने वाले तनाव के यांत्रिक प्रभाव पर बहस की गई है।सामान्य व्याख्या यह है कि चबाने का दबाव कम होने से चेहरे की हड्डियों और मांसपेशियों की कठोरता कम हो जाती है।कई वैश्विक अध्ययनों ने खोपड़ी के आकार की विविधता को मुख्य रूप से पर्यावरणीय अनुकूलन21,29,30,31,32 के बजाय तटस्थ आनुवंशिक दूरी के फेनोटाइपिक परिणामों से जोड़ा है।खोपड़ी के आकार में परिवर्तन के लिए एक और स्पष्टीकरण आइसोमेट्रिक या एलोमेट्रिक विकास 6,33,34,35 की अवधारणा पर आधारित है।उदाहरण के लिए, बड़े मस्तिष्क में तथाकथित "ब्रोका कैप" क्षेत्र में अपेक्षाकृत व्यापक ललाट लोब होते हैं, और ललाट लोब की चौड़ाई बढ़ जाती है, एक विकासवादी प्रक्रिया जिसे एलोमेट्रिक विकास पर आधारित माना जाता है।इसके अतिरिक्त, खोपड़ी के आकार में दीर्घकालिक परिवर्तनों की जांच करने वाले एक अध्ययन में बढ़ती ऊंचाई के साथ ब्रैकीसेफली (खोपड़ी के अधिक गोलाकार होने की प्रवृत्ति) की ओर एक एलोमेट्रिक प्रवृत्ति पाई गई।
कपाल आकृति विज्ञान में अनुसंधान के एक लंबे इतिहास में कपाल आकृतियों की विविधता के विभिन्न पहलुओं के लिए जिम्मेदार अंतर्निहित कारकों की पहचान करने के प्रयास शामिल हैं।कई प्रारंभिक अध्ययनों में उपयोग की जाने वाली पारंपरिक विधियां द्विचर रैखिक माप डेटा पर आधारित थीं, अक्सर मार्टिन या हॉवेल परिभाषाओं का उपयोग किया जाता था।साथ ही, उपर्युक्त कई अध्ययनों में स्थानिक 3डी ज्यामितीय मॉर्फोमेट्री (जीएम) तकनीक5,7,10,11,12,13,17,20,27,34,35,38 पर आधारित अधिक उन्नत तरीकों का इस्तेमाल किया गया।39. उदाहरण के लिए, झुकने वाली ऊर्जा न्यूनीकरण पर आधारित स्लाइडिंग सेमीलैंडमार्क विधि, ट्रांसजेनिक जीव विज्ञान में सबसे अधिक इस्तेमाल की जाने वाली विधि रही है।यह एक वक्र या सतह38,40,41,42,43,44,45,46 के साथ स्लाइड करके प्रत्येक नमूने पर टेम्पलेट के अर्ध-स्थल चिन्हों को प्रोजेक्ट करता है।ऐसे सुपरपोजिशन तरीकों को शामिल करते हुए, अधिकांश 3डी जीएम अध्ययन आकृतियों की प्रत्यक्ष तुलना और परिवर्तनों को पकड़ने की अनुमति देने के लिए सामान्यीकृत प्रोक्रस्ट्स विश्लेषण, पुनरावृत्त निकटतम बिंदु (आईसीपी) एल्गोरिदम 47 का उपयोग करते हैं।वैकल्पिक रूप से, पतली प्लेट स्पलाइन (टीपीएस)48,49 विधि का उपयोग जाल-आधारित आकृतियों के लिए सेमीलैंडमार्क संरेखण को मैप करने के लिए एक गैर-कठोर परिवर्तन विधि के रूप में भी व्यापक रूप से किया जाता है।
20वीं सदी के उत्तरार्ध से व्यावहारिक 3डी संपूर्ण-शरीर स्कैनर के विकास के साथ, कई अध्ययनों ने आकार माप50,51 के लिए 3डी संपूर्ण-शरीर स्कैनर का उपयोग किया है।स्कैन डेटा का उपयोग शरीर के आयामों को निकालने के लिए किया गया था, जिसके लिए सतह के आकार को बिंदु बादलों के बजाय सतहों के रूप में वर्णित करने की आवश्यकता होती है।पैटर्न फिटिंग कंप्यूटर ग्राफिक्स के क्षेत्र में इस उद्देश्य के लिए विकसित की गई एक तकनीक है, जहां एक सतह के आकार को बहुभुज जाल मॉडल द्वारा वर्णित किया जाता है।पैटर्न फिटिंग में पहला कदम टेम्पलेट के रूप में उपयोग करने के लिए एक जाल मॉडल तैयार करना है।पैटर्न बनाने वाले कुछ शीर्ष स्थलचिह्न हैं।फिर टेम्प्लेट को विकृत किया जाता है और टेम्प्लेट की स्थानीय आकार विशेषताओं को संरक्षित करते हुए टेम्प्लेट और पॉइंट क्लाउड के बीच की दूरी को कम करने के लिए सतह के अनुरूप बनाया जाता है।टेम्प्लेट में लैंडमार्क पॉइंट क्लाउड में लैंडमार्क से मेल खाते हैं।टेम्प्लेट फिटिंग का उपयोग करके, सभी स्कैन डेटा को समान संख्या में डेटा बिंदुओं और समान टोपोलॉजी के साथ एक जाल मॉडल के रूप में वर्णित किया जा सकता है।यद्यपि सटीक समरूपता केवल ऐतिहासिक स्थितियों में मौजूद है, यह माना जा सकता है कि उत्पन्न मॉडलों के बीच सामान्य समरूपता है क्योंकि टेम्पलेट्स की ज्यामिति में परिवर्तन छोटे हैं।इसलिए, टेम्पलेट फिटिंग द्वारा बनाए गए ग्रिड मॉडल को कभी-कभी होमोलॉजी मॉडल52 कहा जाता है।टेम्प्लेट फिटिंग का लाभ यह है कि टेम्प्लेट को लक्ष्य वस्तु के विभिन्न हिस्सों में विकृत और समायोजित किया जा सकता है जो स्थानिक रूप से सतह के करीब हैं लेकिन इससे दूर हैं (उदाहरण के लिए, जाइगोमैटिक आर्क और खोपड़ी का अस्थायी क्षेत्र) प्रत्येक को प्रभावित किए बिना अन्य।विकृति.इस तरह, कंधे को खड़ी स्थिति में रखते हुए, टेम्पलेट को धड़ या बांह जैसी शाखाओं वाली वस्तुओं पर सुरक्षित किया जा सकता है।टेम्प्लेट फिटिंग का नुकसान बार-बार पुनरावृत्तियों की उच्च कम्प्यूटेशनल लागत है, हालांकि, कंप्यूटर प्रदर्शन में महत्वपूर्ण सुधारों के लिए धन्यवाद, यह अब कोई मुद्दा नहीं है।प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) जैसी बहुभिन्नरूपी विश्लेषण तकनीकों का उपयोग करके जाल मॉडल बनाने वाले शीर्षों के समन्वय मूल्यों का विश्लेषण करके, वितरण में किसी भी स्थिति में संपूर्ण सतह आकार और आभासी आकार में परिवर्तन का विश्लेषण करना संभव है।प्राप्त किया जा सकता है.गणना करें और कल्पना करें53.आजकल, टेम्पलेट फिटिंग द्वारा उत्पन्न जाल मॉडल व्यापक रूप से विभिन्न क्षेत्रों52,54,55,56,57,58,59,60 में आकार विश्लेषण में उपयोग किए जाते हैं।
लचीली जाल रिकॉर्डिंग तकनीक में प्रगति, सीटी की तुलना में उच्च रिज़ॉल्यूशन, गति और गतिशीलता पर स्कैन करने में सक्षम पोर्टेबल 3 डी स्कैनिंग उपकरणों के तेजी से विकास के साथ, स्थान की परवाह किए बिना 3 डी सतह डेटा रिकॉर्ड करना आसान बना रहा है।इस प्रकार, जैविक मानवविज्ञान के क्षेत्र में, ऐसी नई प्रौद्योगिकियाँ खोपड़ी के नमूनों सहित मानव नमूनों की मात्रा निर्धारित करने और सांख्यिकीय रूप से विश्लेषण करने की क्षमता को बढ़ाती हैं, जो इस अध्ययन का उद्देश्य है।
संक्षेप में, यह अध्ययन दुनिया भर में भौगोलिक तुलनाओं के माध्यम से दुनिया भर की 148 आबादी से चुने गए 342 खोपड़ी नमूनों का मूल्यांकन करने के लिए टेम्पलेट मिलान (चित्र 1) पर आधारित उन्नत 3डी होमोलॉजी मॉडलिंग तकनीक का उपयोग करता है।कपाल आकृति विज्ञान की विविधता (तालिका 1)।खोपड़ी की आकृति विज्ञान में परिवर्तनों को ध्यान में रखते हुए, हमने अपने द्वारा उत्पन्न होमोलॉजी मॉडल के डेटा सेट पर पीसीए और रिसीवर ऑपरेटिंग विशेषता (आरओसी) विश्लेषण लागू किया।निष्कर्ष कपाल आकृति विज्ञान में वैश्विक परिवर्तनों की बेहतर समझ में योगदान देंगे, जिसमें क्षेत्रीय पैटर्न और परिवर्तन के घटते क्रम, कपाल खंडों के बीच सहसंबद्ध परिवर्तन और एलोमेट्रिक रुझानों की उपस्थिति शामिल है।यद्यपि यह अध्ययन जलवायु या आहार स्थितियों द्वारा दर्शाए गए बाहरी चर पर डेटा को संबोधित नहीं करता है जो कपाल आकृति विज्ञान को प्रभावित कर सकता है, हमारे अध्ययन में प्रलेखित कपाल आकृति विज्ञान के भौगोलिक पैटर्न कपाल भिन्नता के पर्यावरणीय, जैव-यांत्रिक और आनुवंशिक कारकों का पता लगाने में मदद करेंगे।
तालिका 2 342 समजात खोपड़ी मॉडल के 17,709 शीर्षों (53,127 XYZ निर्देशांक) के एक अमानकीकृत डेटासेट पर लागू eigenvalues ​​​​और पीसीए योगदान गुणांक दिखाती है।परिणामस्वरूप, 14 मुख्य घटकों की पहचान की गई, जिनका कुल विचरण में योगदान 1% से अधिक था, और विचरण का कुल हिस्सा 83.68% था।14 प्रमुख घटकों के लोडिंग वैक्टर को पूरक तालिका एस 1 में दर्ज किया गया है, और 342 खोपड़ी नमूनों के लिए गणना किए गए घटक स्कोर को पूरक तालिका एस 2 में प्रस्तुत किया गया है।
इस अध्ययन में 2% से अधिक योगदान वाले नौ प्रमुख घटकों का मूल्यांकन किया गया, जिनमें से कुछ कपाल आकृति विज्ञान में पर्याप्त और महत्वपूर्ण भौगोलिक भिन्नता दिखाते हैं।चित्र 2 प्रमुख भौगोलिक इकाइयों (उदाहरण के लिए, अफ्रीकी और गैर-अफ्रीकी देशों के बीच) में नमूनों के प्रत्येक संयोजन को चिह्नित करने या अलग करने के लिए सबसे प्रभावी पीसीए घटकों को चित्रित करने के लिए आरओसी विश्लेषण से उत्पन्न वक्रों को चित्रित करता है।इस परीक्षण में प्रयुक्त छोटे नमूने के आकार के कारण पॉलिनेशियन संयोजन का परीक्षण नहीं किया गया था।आरओसी विश्लेषण का उपयोग करके गणना की गई एयूसी और अन्य बुनियादी आंकड़ों में अंतर के महत्व से संबंधित डेटा पूरक तालिका एस 3 में दिखाया गया है।
आरओसी वक्रों को 342 पुरुष समजात खोपड़ी मॉडल वाले वर्टेक्स डेटासेट के आधार पर नौ प्रमुख घटक अनुमानों पर लागू किया गया था।एयूसी: 0.01% महत्व पर वक्र के नीचे का क्षेत्र प्रत्येक भौगोलिक संयोजन को अन्य कुल संयोजनों से अलग करने के लिए उपयोग किया जाता है।टीपीएफ सच्चा सकारात्मक (प्रभावी भेदभाव) है, एफपीएफ झूठा सकारात्मक (अमान्य भेदभाव) है।
आरओसी वक्र की व्याख्या को नीचे संक्षेप में प्रस्तुत किया गया है, केवल उन घटकों पर ध्यान केंद्रित किया गया है जो बड़े या अपेक्षाकृत बड़े एयूसी और 0.001 से नीचे की संभावना के साथ उच्च स्तर के महत्व के आधार पर तुलना समूहों को अलग कर सकते हैं।दक्षिण एशियाई परिसर (चित्र 2ए), जिसमें मुख्य रूप से भारत के नमूने शामिल हैं, अन्य भौगोलिक रूप से मिश्रित नमूनों से काफी भिन्न है क्योंकि पहले घटक (पीसी1) में अन्य घटकों की तुलना में काफी बड़ा एयूसी (0.856) है।अफ़्रीकी कॉम्प्लेक्स (चित्र 2बी) की एक विशेषता पीसी2 (0.834) का अपेक्षाकृत बड़ा एयूसी है।ऑस्ट्रो-मेलानेशियन (चित्र 2सी) ने अपेक्षाकृत बड़े एयूसी (0.759) के साथ पीसी2 के माध्यम से उप-सहारा अफ्रीकियों के समान प्रवृत्ति दिखाई।यूरोपीय (चित्र 2डी) पीसी2 (एयूसी = 0.801), पीसी4 (एयूसी = 0.719) और पीसी6 (एयूसी = 0.671) के संयोजन में स्पष्ट रूप से भिन्न हैं, पूर्वोत्तर एशियाई नमूना (चित्र 2ई) तुलनात्मक रूप से पीसी4 से काफी भिन्न है। अधिक 0.714, और पीसी3 से अंतर कमजोर है (एयूसी = 0.688)।निम्नलिखित समूहों को निम्न AUC मूल्यों और उच्च महत्व स्तरों के साथ भी पहचाना गया: PC7 (AUC = 0.679), PC4 (AUC = 0.654) और PC1 (AUC = 0.649) के परिणाम से पता चला कि मूल अमेरिकी (छवि 2f) विशिष्ट के साथ इन घटकों से जुड़ी विशेषताओं के अनुसार, दक्षिण पूर्व एशियाई (चित्र 2जी) पीसी3 (एयूसी = 0.660) और पीसी9 (एयूसी = 0.663) में भिन्न हैं, लेकिन मध्य पूर्व (चित्र 2एच) (उत्तरी अफ्रीका सहित) के नमूनों का पैटर्न मेल खाता है।दूसरों की तुलना में इसमें ज्यादा अंतर नहीं है.
अगले चरण में, अत्यधिक सहसंबद्ध शीर्षों की स्पष्ट रूप से व्याख्या करने के लिए, 0.45 से अधिक उच्च भार मान वाले सतह के क्षेत्रों को एक्स, वाई और जेड समन्वय जानकारी के साथ रंगा गया है, जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है। लाल क्षेत्र के साथ उच्च सहसंबंध दिखाता है एक्स-अक्ष निर्देशांक, जो क्षैतिज अनुप्रस्थ दिशा से मेल खाता है।हरा क्षेत्र Y अक्ष के ऊर्ध्वाधर निर्देशांक के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध है, और गहरा नीला क्षेत्र Z अक्ष के धनु निर्देशांक के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध है।हल्का नीला क्षेत्र Y निर्देशांक अक्षों और Z निर्देशांक अक्षों से जुड़ा है;गुलाबी - एक्स और जेड समन्वय अक्षों से जुड़ा मिश्रित क्षेत्र;पीला - एक्स और वाई समन्वय अक्षों से जुड़ा क्षेत्र;सफ़ेद क्षेत्र में X, Y और Z समन्वय अक्ष परिलक्षित होते हैं।इसलिए, इस लोड मान सीमा पर, पीसी 1 मुख्य रूप से खोपड़ी की पूरी सतह से जुड़ा होता है।इस घटक अक्ष के विपरीत दिशा में 3 एसडी आभासी खोपड़ी का आकार भी इस चित्र में दर्शाया गया है, और विकृत छवियां पूरक वीडियो एस 1 में प्रस्तुत की गई हैं ताकि यह पुष्टि की जा सके कि पीसी 1 में समग्र खोपड़ी के आकार के कारक शामिल हैं।
PC1 स्कोर (सामान्य फिट वक्र) का आवृत्ति वितरण, खोपड़ी की सतह का रंग मानचित्र PC1 शीर्षों के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध है (इस अक्ष के विपरीत पक्षों की परिमाण के सापेक्ष रंगों की व्याख्या 3 SD है। स्केल एक हरे रंग का गोला है जिसका व्यास है 50 मिमी का.
चित्र 3 9 भौगोलिक इकाइयों के लिए अलग-अलग गणना किए गए व्यक्तिगत पीसी1 स्कोर का आवृत्ति वितरण प्लॉट (सामान्य फिट वक्र) दिखाता है।आरओसी वक्र अनुमान (चित्रा 2) के अलावा, दक्षिण एशियाई लोगों का अनुमान कुछ हद तक बाईं ओर झुका हुआ है क्योंकि उनकी खोपड़ी अन्य क्षेत्रीय समूहों की तुलना में छोटी है।जैसा कि तालिका 1 में दर्शाया गया है, ये दक्षिण एशियाई लोग अंडमान और निकोबार द्वीप समूह, श्रीलंका और बांग्लादेश सहित भारत में जातीय समूहों का प्रतिनिधित्व करते हैं।
आयामी गुणांक PC1 पर पाया गया।अत्यधिक सहसंबद्ध क्षेत्रों और आभासी आकृतियों की खोज के परिणामस्वरूप PC1 के अलावा अन्य घटकों के लिए फॉर्म कारकों की व्याख्या हुई;हालाँकि, आकार कारक हमेशा पूरी तरह से समाप्त नहीं होते हैं।जैसा कि आरओसी वक्रों (चित्रा 2) की तुलना करके दिखाया गया है, पीसी2 और पीसी4 सबसे अधिक भेदभावपूर्ण थे, इसके बाद पीसी6 और पीसी7 थे।PC3 और PC9 नमूना जनसंख्या को भौगोलिक इकाइयों में विभाजित करने में बहुत प्रभावी हैं।इस प्रकार, घटक अक्षों के ये जोड़े योजनाबद्ध रूप से प्रत्येक घटक के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध पीसी स्कोर और रंग सतहों के स्कैटरप्लॉट को दर्शाते हैं, साथ ही 3 एसडी (चित्र 4, 5, 6) के विपरीत पक्षों के आयामों के साथ आभासी आकार विकृतियों को भी दर्शाते हैं।इन भूखंडों में दर्शाई गई प्रत्येक भौगोलिक इकाई के नमूनों का उत्तल पतवार कवरेज लगभग 90% है, हालांकि समूहों के भीतर कुछ हद तक ओवरलैप है।तालिका 3 प्रत्येक पीसीए घटक का स्पष्टीकरण प्रदान करती है।
नौ भौगोलिक इकाइयों (शीर्ष) और चार भौगोलिक इकाइयों (नीचे) से कपाल व्यक्तियों के लिए पीसी2 और पीसी4 स्कोर के स्कैटरप्लॉट, प्रत्येक पीसी (एक्स, वाई, जेड के सापेक्ष) के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध शीर्षों की खोपड़ी की सतह के रंग के प्लॉट।अक्षों का रंग स्पष्टीकरण: पाठ देखें), और इन अक्षों के विपरीत पक्षों पर आभासी रूप का विरूपण 3 एसडी है।स्केल 50 मिमी व्यास वाला एक हरा गोला है।
नौ भौगोलिक इकाइयों (शीर्ष) और दो भौगोलिक इकाइयों (नीचे) से कपाल व्यक्तियों के लिए पीसी 6 और पीसी 7 स्कोर के स्कैटरप्लॉट, प्रत्येक पीसी (एक्स, वाई, जेड के सापेक्ष) के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध शीर्षों के लिए कपाल सतह के रंग प्लॉट।अक्षों का रंग स्पष्टीकरण: पाठ देखें), और इन अक्षों के विपरीत पक्षों पर आभासी रूप का विरूपण 3 एसडी है।स्केल 50 मिमी व्यास वाला एक हरा गोला है।
नौ भौगोलिक इकाइयों (शीर्ष) और तीन भौगोलिक इकाइयों (नीचे) से कपाल व्यक्तियों के लिए पीसी 3 और पीसी 9 स्कोर के स्कैटरप्लॉट, और प्रत्येक पीसी रंग व्याख्या के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध शीर्षों की खोपड़ी की सतह (एक्स, वाई, जेड अक्षों के सापेक्ष) के रंग प्लॉट : सेमी ।पाठ), साथ ही 3 एसडी के परिमाण के साथ इन अक्षों के विपरीत पक्षों पर आभासी आकार की विकृति।स्केल 50 मिमी व्यास वाला एक हरा गोला है।
PC2 और PC4 के स्कोर दिखाने वाले ग्राफ़ में (चित्र 4, अनुपूरक वीडियो S2, S3 विकृत छवियाँ दिखाते हुए), सतह का रंग मानचित्र भी तब प्रदर्शित होता है जब लोड मान सीमा 0.4 से अधिक सेट होती है, जो PC1 की तुलना में कम है क्योंकि PC2 मान कुल लोड PC1 से कम है।
ज़ेड-अक्ष (गहरा नीला) के साथ धनु दिशा में ललाट और पश्चकपाल लोब का बढ़ाव और गुलाबी पर कोरोनल दिशा (लाल) में पार्श्विका लोब, पश्चकपाल का वाई-अक्ष (हरा) और ज़ेड-अक्ष माथे का (गहरा नीला)।यह ग्राफ़ दुनिया भर के सभी लोगों के स्कोर दिखाता है;हालाँकि, जब बड़ी संख्या में समूहों वाले सभी नमूनों को एक साथ प्रदर्शित किया जाता है, तो बड़ी मात्रा में ओवरलैप के कारण बिखरने वाले पैटर्न की व्याख्या काफी कठिन होती है;इसलिए, केवल चार प्रमुख भौगोलिक इकाइयों (यानी, अफ्रीका, ऑस्ट्रेलिया-मेलानेशिया, यूरोप और पूर्वोत्तर एशिया) से नमूने पीसी स्कोर की इस सीमा के भीतर 3 एसडी आभासी कपाल विरूपण के साथ ग्राफ के नीचे बिखरे हुए हैं।चित्र में, PC2 और PC4 स्कोर के जोड़े हैं।अफ़्रीकी और ऑस्ट्रो-मेलानेशियन अधिक ओवरलैप करते हैं और दाईं ओर वितरित होते हैं, जबकि यूरोपीय ऊपरी बाईं ओर बिखरे हुए हैं और पूर्वोत्तर एशियाई निचले बाईं ओर एकत्रित होते हैं।PC2 की क्षैतिज धुरी से पता चलता है कि अफ़्रीकी/ऑस्ट्रेलियाई मेलनेशियनों का न्यूरोक्रेनियम अन्य लोगों की तुलना में अपेक्षाकृत लंबा होता है।PC4, जिसमें यूरोपीय और पूर्वोत्तर एशियाई संयोजनों को शिथिल रूप से अलग किया गया है, जाइगोमैटिक हड्डियों के सापेक्ष आकार और प्रक्षेपण और कैल्वेरियम के पार्श्व समोच्च से जुड़ा हुआ है।स्कोरिंग योजना से पता चलता है कि यूरोपीय लोगों में अपेक्षाकृत संकीर्ण मैक्सिलरी और जाइगोमैटिक हड्डियां होती हैं, जाइगोमैटिक आर्च द्वारा सीमित एक छोटा टेम्पोरल फोसा स्थान, एक लंबवत ऊंचा ललाट की हड्डी और एक सपाट, कम पश्चकपाल हड्डी होती है, जबकि पूर्वोत्तर एशियाई लोगों में व्यापक और अधिक प्रमुख जाइगोमैटिक हड्डियां होती हैं। .ललाट लोब झुका हुआ है, पश्चकपाल हड्डी का आधार उठा हुआ है।
PC6 और PC7 (चित्र 5) (अनुपूरक वीडियो S4, S5 विकृत छवियों को दिखाते हुए) पर ध्यान केंद्रित करते समय, रंग प्लॉट 0.3 से अधिक लोड मान सीमा दिखाता है, जो दर्शाता है कि PC6 मैक्सिलरी या वायुकोशीय आकृति विज्ञान (लाल: एक्स अक्ष और) से जुड़ा है हरा)।Y अक्ष), अस्थायी हड्डी का आकार (नीला: Y और Z अक्ष) और पश्चकपाल हड्डी का आकार (गुलाबी: X और Z अक्ष)।माथे की चौड़ाई (लाल: एक्स-अक्ष) के अलावा, पीसी7 पूर्वकाल मैक्सिलरी एल्वियोली (हरा: वाई-अक्ष) की ऊंचाई और पेरिटोटेम्पोरल क्षेत्र (गहरा नीला) के आसपास जेड-अक्ष सिर के आकार से भी संबंधित है।चित्र 5 के शीर्ष पैनल में, सभी भौगोलिक नमूने PC6 और PC7 घटक स्कोर के अनुसार वितरित किए गए हैं।क्योंकि आरओसी इंगित करता है कि पीसी 6 में यूरोप के लिए अद्वितीय विशेषताएं शामिल हैं और पीसी 7 इस विश्लेषण में मूल अमेरिकी विशेषताओं का प्रतिनिधित्व करता है, इन दो क्षेत्रीय नमूनों को घटक अक्षों की इस जोड़ी पर चुनिंदा रूप से प्लॉट किया गया था।मूल अमेरिकी, हालांकि व्यापक रूप से नमूने में शामिल हैं, ऊपरी बाएँ कोने में बिखरे हुए हैं;इसके विपरीत, कई यूरोपीय नमूने निचले दाएं कोने में स्थित होते हैं।PC6 और PC7 की जोड़ी यूरोपीय लोगों की संकीर्ण वायुकोशीय प्रक्रिया और अपेक्षाकृत विस्तृत न्यूरोक्रेनियम का प्रतिनिधित्व करती है, जबकि अमेरिकियों को एक संकीर्ण माथे, बड़े मैक्सिला और एक व्यापक और लम्बे वायुकोशीय प्रक्रिया की विशेषता होती है।
आरओसी विश्लेषण से पता चला कि पीसी3 और/या पीसी9 दक्षिणपूर्व और पूर्वोत्तर एशियाई आबादी में आम थे।तदनुसार, स्कोर जोड़े PC3 (y-अक्ष पर हरा ऊपरी चेहरा) और PC9 (y-अक्ष पर हरा निचला चेहरा) (चित्र 6; पूरक वीडियो S6, S7 रूपांतरित चित्र प्रदान करते हैं) पूर्वी एशियाई लोगों की विविधता को दर्शाते हैं।, जो पूर्वोत्तर एशियाई लोगों के चेहरे के ऊंचे अनुपात और दक्षिण पूर्व एशियाई लोगों के चेहरे के कम आकार के साथ बिल्कुल विपरीत है।चेहरे की इन विशेषताओं के अलावा, कुछ पूर्वोत्तर एशियाई लोगों की एक और विशेषता पश्चकपाल हड्डी का लैम्ब्डा झुकाव है, जबकि कुछ दक्षिण पूर्व एशियाई लोगों की खोपड़ी का आधार संकीर्ण होता है।
मुख्य घटकों के उपरोक्त विवरण और PC5 और PC8 के विवरण को छोड़ दिया गया है क्योंकि नौ मुख्य भौगोलिक इकाइयों के बीच कोई विशिष्ट क्षेत्रीय विशेषताएँ नहीं पाई गईं।PC5 अस्थायी हड्डी की मास्टॉयड प्रक्रिया के आकार को संदर्भित करता है, और PC8 समग्र खोपड़ी आकार की विषमता को दर्शाता है, दोनों नौ भौगोलिक नमूना संयोजनों के बीच समानांतर भिन्नता दिखाते हैं।
व्यक्तिगत स्तर के पीसीए स्कोर के स्कैटरप्लॉट के अलावा, हम समग्र तुलना के लिए समूह साधनों के स्कैटरप्लॉट भी प्रदान करते हैं।इस प्रयोजन के लिए, 148 जातीय समूहों के व्यक्तिगत होमोलॉजी मॉडल के शीर्ष डेटा सेट से एक औसत कपाल होमोलॉजी मॉडल बनाया गया था।PC2 और PC4, PC6 और PC7, और PC3 और PC9 के लिए स्कोर सेट के द्विचर प्लॉट को पूरक चित्र S1 में दिखाया गया है, सभी की गणना 148 व्यक्तियों के नमूने के लिए औसत खोपड़ी मॉडल के रूप में की गई है।इस तरह, स्कैटरप्लॉट प्रत्येक समूह के भीतर व्यक्तिगत मतभेदों को छिपाते हैं, जिससे अंतर्निहित क्षेत्रीय वितरणों के कारण खोपड़ी की समानता की स्पष्ट व्याख्या की अनुमति मिलती है, जहां पैटर्न कम ओवरलैप वाले व्यक्तिगत प्लॉटों में दर्शाए गए लोगों से मेल खाते हैं।अनुपूरक चित्र S2 प्रत्येक भौगोलिक इकाई के लिए समग्र माध्य मॉडल दिखाता है।
पीसी1 के अलावा, जो समग्र आकार (पूरक तालिका एस2) से जुड़ा था, गैर-सामान्यीकृत डेटा से सेंट्रोइड आयामों और पीसीए अनुमानों के सेट का उपयोग करके समग्र आकार और खोपड़ी के आकार के बीच एलोमेट्रिक संबंधों की जांच की गई थी।महत्व परीक्षण में एलोमेट्रिक गुणांक, स्थिर मान, टी मान और पी मान तालिका 4 में दिखाए गए हैं। पी <0.05 स्तर पर किसी भी कपाल आकृति विज्ञान में समग्र खोपड़ी आकार से जुड़े कोई महत्वपूर्ण एलोमेट्रिक पैटर्न घटक नहीं पाए गए।
क्योंकि कुछ आकार कारकों को गैर-सामान्यीकृत डेटा सेटों के आधार पर पीसी अनुमानों में शामिल किया जा सकता है, हमने सेंट्रोइड आकार और पीसी स्कोर के बीच एलोमेट्रिक प्रवृत्ति की जांच की, जो सेंट्रोइड आकार द्वारा सामान्यीकृत डेटा सेटों का उपयोग करके गणना की गई (पीसीए परिणाम और स्कोर सेट पूरक तालिका एस 6 में प्रस्तुत किए गए हैं) ) ., सी7).तालिका 4 एलोमेट्रिक विश्लेषण के परिणाम दिखाती है।इस प्रकार, पीसी6 में 1% स्तर पर और पीसी10 में 5% स्तर पर महत्वपूर्ण एलोमेट्रिक रुझान पाए गए।चित्र 7 लॉग सेंट्रोइड आकार के दोनों छोर पर डमी (±3 एसडी) के साथ पीसी स्कोर और सेंट्रोइड आकार के बीच इन लॉग-रैखिक संबंधों के प्रतिगमन ढलान को दर्शाता है।PC6 स्कोर खोपड़ी की सापेक्ष ऊंचाई और चौड़ाई का अनुपात है।जैसे-जैसे खोपड़ी का आकार बढ़ता है, खोपड़ी और चेहरा ऊँचा होता जाता है, और माथा, आँख की कुर्सियाँ और नासिका पार्श्व में एक-दूसरे के करीब आते जाते हैं।नमूना फैलाव के पैटर्न से पता चलता है कि यह अनुपात आम तौर पर पूर्वोत्तर एशियाई और मूल अमेरिकियों में पाया जाता है।इसके अलावा, PC10 भौगोलिक क्षेत्र की परवाह किए बिना मिडफेस चौड़ाई में आनुपातिक कमी की ओर रुझान दिखाता है।
तालिका में सूचीबद्ध महत्वपूर्ण एलोमेट्रिक संबंधों के लिए, आकार घटक के पीसी अनुपात (सामान्यीकृत डेटा से प्राप्त) और सेंट्रोइड आकार के बीच लॉग-रैखिक प्रतिगमन का ढलान, आभासी आकार विरूपण का आकार 3 एसडी है 4 की रेखा के विपरीत दिशा में.
कपाल आकृति विज्ञान में परिवर्तन के निम्नलिखित पैटर्न को समजातीय 3डी सतह मॉडल के डेटासेट के विश्लेषण के माध्यम से प्रदर्शित किया गया है।पीसीए का पहला घटक खोपड़ी के समग्र आकार से संबंधित है।लंबे समय से यह सोचा जाता रहा है कि भारत, श्रीलंका और अंडमान द्वीप समूह, बांग्लादेश के नमूनों सहित दक्षिण एशियाई लोगों की छोटी खोपड़ियां उनके छोटे शरीर के आकार के कारण हैं, जो बर्गमैन के पारिस्थितिकी-भौगोलिक नियम या द्वीप नियम 613,5,16,25 के अनुरूप है। 27,62 .पहला तापमान से संबंधित है, और दूसरा पारिस्थितिक क्षेत्र में उपलब्ध स्थान और खाद्य संसाधनों पर निर्भर करता है।आकार के घटकों में, सबसे बड़ा परिवर्तन कपाल तिजोरी की लंबाई और चौड़ाई का अनुपात है।PC2 नामित यह सुविधा, ऑस्ट्रो-मेलानेशियन और अफ्रीकियों की आनुपातिक रूप से लम्बी खोपड़ी के बीच घनिष्ठ संबंध के साथ-साथ कुछ यूरोपीय और पूर्वोत्तर एशियाई लोगों की गोलाकार खोपड़ी से अंतर का वर्णन करती है।इन विशेषताओं को सरल रैखिक माप37,63,64 पर आधारित कई पिछले अध्ययनों में बताया गया है।इसके अलावा, यह विशेषता गैर-अफ्रीकियों में ब्रैचिसेफली से जुड़ी हुई है, जिस पर एंथ्रोपोमेट्रिक और ऑस्टियोमेट्रिक अध्ययनों में लंबे समय से चर्चा की गई है।इस स्पष्टीकरण के पीछे मुख्य परिकल्पना यह है कि चबाने की क्रिया में कमी, जैसे टेम्पोरलिस मांसपेशी का पतला होना, बाहरी खोपड़ी5,8,9,10,11,12,13 पर दबाव कम कर देता है।एक अन्य परिकल्पना में सिर की सतह के क्षेत्र को कम करके ठंडी जलवायु के लिए अनुकूलन शामिल है, यह सुझाव देता है कि एलन के नियम 16,17,25 के अनुसार, गोलाकार खोपड़ी की तुलना में अधिक गोलाकार खोपड़ी सतह के क्षेत्र को बेहतर ढंग से कम करती है।वर्तमान अध्ययन के परिणामों के आधार पर, इन परिकल्पनाओं का मूल्यांकन केवल कपाल खंडों के क्रॉस-सहसंबंध के आधार पर किया जा सकता है।संक्षेप में, हमारे पीसीए परिणाम इस परिकल्पना का पूरी तरह से समर्थन नहीं करते हैं कि कपाल की लंबाई-चौड़ाई का अनुपात चबाने की स्थिति से काफी प्रभावित होता है, क्योंकि पीसी2 (लंबा/ब्रैकीसेफेलिक घटक) लोडिंग चेहरे के अनुपात (सापेक्ष मैक्सिलरी आयामों सहित) से महत्वपूर्ण रूप से संबंधित नहीं था।और टेम्पोरल फोसा का सापेक्ष स्थान (टेम्पोरलिस मांसपेशी की मात्रा को दर्शाता है)।हमारे वर्तमान अध्ययन ने खोपड़ी के आकार और तापमान जैसी भूवैज्ञानिक पर्यावरणीय स्थितियों के बीच संबंध का विश्लेषण नहीं किया;हालाँकि, एलन के नियम पर आधारित एक स्पष्टीकरण ठंडे जलवायु क्षेत्रों में ब्रैकीसेफेलॉन की व्याख्या करने के लिए एक उम्मीदवार परिकल्पना के रूप में विचार करने योग्य हो सकता है।
तब PC4 में महत्वपूर्ण भिन्नता पाई गई, जिससे पता चला कि पूर्वोत्तर एशियाई लोगों में मैक्सिला और जाइगोमैटिक हड्डियों पर बड़ी, प्रमुख जाइगोमैटिक हड्डियाँ होती हैं।यह खोज साइबेरियाई लोगों की एक प्रसिद्ध विशिष्ट विशेषता के अनुरूप है, जिनके बारे में माना जाता है कि वे जाइगोमैटिक हड्डियों के आगे बढ़ने से बेहद ठंडी जलवायु के लिए अनुकूलित हो गए हैं, जिसके परिणामस्वरूप साइनस की मात्रा में वृद्धि हुई है और एक सपाट चेहरा 65 है।हमारे समजात मॉडल से एक नई खोज यह है कि यूरोपीय लोगों में गालों का झुकना कम ललाट ढलान के साथ-साथ चपटी और संकीर्ण पश्चकपाल हड्डियों और नलिका अवतलता से जुड़ा हुआ है।इसके विपरीत, पूर्वोत्तर एशियाई लोगों का माथा झुका हुआ और पिछला भाग उभरा हुआ होता है।ज्यामितीय मॉर्फोमेट्रिक विधियों35 का उपयोग करके पश्चकपाल हड्डी के अध्ययन से पता चला है कि एशियाई और यूरोपीय खोपड़ी में अफ्रीकियों की तुलना में एक चपटा नलिका वक्र और पश्चकपाल की निचली स्थिति होती है।हालाँकि, PC2 और PC4 और PC3 और PC9 जोड़े के हमारे स्कैटरप्लॉट ने एशियाई लोगों में अधिक भिन्नता दिखाई, जबकि यूरोपीय लोगों को पश्चकपाल के एक सपाट आधार और एक निचले पश्चकपाल की विशेषता थी।अध्ययनों के बीच एशियाई विशेषताओं में विसंगतियां इस्तेमाल किए गए जातीय नमूनों में अंतर के कारण हो सकती हैं, क्योंकि हमने पूर्वोत्तर और दक्षिण पूर्व एशिया के व्यापक स्पेक्ट्रम से बड़ी संख्या में जातीय समूहों का नमूना लिया था।पश्चकपाल हड्डी के आकार में परिवर्तन अक्सर मांसपेशियों के विकास से जुड़े होते हैं।हालाँकि, यह अनुकूली व्याख्या माथे और पश्चकपाल आकार के बीच संबंध को ध्यान में नहीं रखती है, जिसे इस अध्ययन में प्रदर्शित किया गया था लेकिन पूरी तरह से प्रदर्शित होने की संभावना नहीं है।इस संबंध में, शरीर के वजन संतुलन और गुरुत्वाकर्षण के केंद्र या ग्रीवा जंक्शन (फोरामेन मैग्नम) या अन्य कारकों के बीच संबंध पर विचार करना उचित है।
महान परिवर्तनशीलता के साथ एक अन्य महत्वपूर्ण घटक चबाने वाले तंत्र के विकास से संबंधित है, जो मैक्सिलरी और टेम्पोरल फोसा द्वारा दर्शाया गया है, जिसे स्कोर पीसी 6, पीसी 7 और पीसी 4 के संयोजन द्वारा वर्णित किया गया है।कपाल खंडों में ये उल्लेखनीय कमी किसी भी अन्य भौगोलिक समूह की तुलना में यूरोपीय व्यक्तियों की विशेषता को अधिक दर्शाती है।इस विशेषता की व्याख्या कृषि और भोजन तैयार करने की तकनीकों के प्रारंभिक विकास के कारण चेहरे की आकृति विज्ञान की कम स्थिरता के परिणामस्वरूप की गई है, जिसके परिणामस्वरूप शक्तिशाली चबाने वाले उपकरण के बिना चबाने वाले उपकरण पर यांत्रिक भार कम हो गया9,12,28,66।मैस्टिकेटरी फ़ंक्शन परिकल्पना के अनुसार, 28 यह खोपड़ी के आधार के लचीलेपन में एक अधिक तीव्र कपाल कोण और एक अधिक गोलाकार कपाल छत में परिवर्तन के साथ है।इस दृष्टिकोण से, कृषि आबादी में कॉम्पैक्ट चेहरे, निचले जबड़े का कम उभार और अधिक गोलाकार मेनिन्जेस होते हैं।इसलिए, इस विकृति को कम चबाने वाले अंगों वाले यूरोपीय लोगों की खोपड़ी के पार्श्व आकार की सामान्य रूपरेखा द्वारा समझाया जा सकता है।हालाँकि, इस अध्ययन के अनुसार, यह व्याख्या जटिल है क्योंकि ग्लोबोज़ न्यूरोक्रेनियम और चबाने वाले तंत्र के विकास के बीच रूपात्मक संबंध का कार्यात्मक महत्व कम स्वीकार्य है, जैसा कि पीसी2 की पिछली व्याख्याओं में माना गया है।
पूर्वोत्तर एशियाई और दक्षिणपूर्व एशियाई लोगों के बीच अंतर को झुकी हुई पश्चकपाल हड्डी वाले लंबे चेहरे और संकीर्ण खोपड़ी के आधार वाले छोटे चेहरे के बीच अंतर से दर्शाया गया है, जैसा कि पीसी3 और पीसी9 में दिखाया गया है।भू-पारिस्थितिकी डेटा की कमी के कारण, हमारा अध्ययन इस खोज के लिए केवल एक सीमित स्पष्टीकरण प्रदान करता है।एक संभावित स्पष्टीकरण एक अलग जलवायु या पोषण संबंधी स्थितियों के लिए अनुकूलन है।पारिस्थितिक अनुकूलन के अलावा, पूर्वोत्तर और दक्षिण पूर्व एशिया में आबादी के इतिहास में स्थानीय अंतर को भी ध्यान में रखा गया।उदाहरण के लिए, पूर्वी यूरेशिया में, कपाल रूपमिति डेटा67,68 के आधार पर शारीरिक रूप से आधुनिक मनुष्यों (एएमएच) के फैलाव को समझने के लिए एक दो-परत मॉडल की परिकल्पना की गई है।इस मॉडल के अनुसार, "प्रथम स्तर", यानी, लेट प्लीस्टोसीन एएमएच उपनिवेशवादियों के मूल समूह, आधुनिक ऑस्ट्रो-मेलनेशियन (पी। फर्स्ट स्ट्रेटम) जैसे क्षेत्र के स्वदेशी निवासियों से कमोबेश प्रत्यक्ष वंश के थे।, और बाद में इस क्षेत्र में पूर्वोत्तर एशियाई विशेषताओं (दूसरी परत) के साथ उत्तरी कृषि लोगों के बड़े पैमाने पर मिश्रण का अनुभव हुआ (लगभग 4,000 साल पहले)।दक्षिण पूर्व एशियाई कपाल आकार को समझने के लिए "दो-परत" मॉडल का उपयोग करके जीन प्रवाह मैप की आवश्यकता होगी, यह देखते हुए कि दक्षिण पूर्व एशियाई कपाल आकार आंशिक रूप से स्थानीय प्रथम-स्तरीय आनुवंशिक विरासत पर निर्भर हो सकता है।
सजातीय मॉडल का उपयोग करके मैप की गई भौगोलिक इकाइयों का उपयोग करके कपाल समानता का आकलन करके, हम अफ्रीका के बाहर के परिदृश्यों में एएमएफ के अंतर्निहित जनसंख्या इतिहास का अनुमान लगा सकते हैं।कंकाल और जीनोमिक डेटा के आधार पर एएमएफ के वितरण को समझाने के लिए कई अलग-अलग "अफ्रीका से बाहर" मॉडल प्रस्तावित किए गए हैं।इनमें से, हाल के अध्ययनों से पता चलता है कि अफ्रीका के बाहर के क्षेत्रों का एएमएच उपनिवेशीकरण लगभग 177,000 साल पहले 69,70 शुरू हुआ था।हालाँकि, इस अवधि के दौरान यूरेशिया में एएमएफ का लंबी दूरी का वितरण अनिश्चित बना हुआ है, क्योंकि इन प्रारंभिक जीवाश्मों का निवास स्थान मध्य पूर्व और अफ्रीका के पास भूमध्य सागर तक सीमित है।सबसे सरल मामला हिमालय जैसी भौगोलिक बाधाओं को पार करते हुए अफ्रीका से यूरेशिया तक प्रवास मार्ग पर एक एकल बस्ती का है।एक अन्य मॉडल प्रवास की कई लहरों का सुझाव देता है, जिनमें से पहला अफ्रीका से हिंद महासागर तट के साथ दक्षिण पूर्व एशिया और ऑस्ट्रेलिया तक फैला, और फिर उत्तरी यूरेशिया में फैल गया।इनमें से अधिकांश अध्ययन इस बात की पुष्टि करते हैं कि एएमएफ लगभग 60,000 साल पहले अफ्रीका से कहीं आगे तक फैल गया था।इस संबंध में, ऑस्ट्रेलियाई-मेलानेशियन (पापुआ सहित) नमूने होमोलॉजी मॉडल के प्रमुख घटक विश्लेषण में किसी भी अन्य भौगोलिक श्रृंखला की तुलना में अफ्रीकी नमूनों से अधिक समानता दिखाते हैं।यह खोज इस परिकल्पना का समर्थन करती है कि यूरेशिया के दक्षिणी किनारे पर पहला एएमएफ वितरण समूह विशिष्ट जलवायु या अन्य महत्वपूर्ण स्थितियों के जवाब में महत्वपूर्ण रूपात्मक परिवर्तनों के बिना सीधे अफ्रीका 22,68 में उत्पन्न हुआ।
एलोमेट्रिक वृद्धि के संबंध में, सेंट्रोइड आकार द्वारा सामान्यीकृत एक अलग डेटा सेट से प्राप्त आकार घटकों का उपयोग करके विश्लेषण ने पीसी 6 और पीसी 10 में एक महत्वपूर्ण एलोमेट्रिक प्रवृत्ति का प्रदर्शन किया।दोनों घटक माथे के आकार और चेहरे के हिस्सों से संबंधित हैं, जो खोपड़ी का आकार बढ़ने के साथ संकीर्ण हो जाते हैं।पूर्वोत्तर एशियाई और अमेरिकियों में यह विशेषता होती है और उनकी खोपड़ी अपेक्षाकृत बड़ी होती है।यह खोज पहले बताए गए एलोमेट्रिक पैटर्न का खंडन करती है जिसमें बड़े मस्तिष्क के तथाकथित "ब्रोका कैप" क्षेत्र में अपेक्षाकृत व्यापक ललाट लोब होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप ललाट लोब की चौड़ाई बढ़ जाती है34।इन अंतरों को नमूना सेटों में अंतर द्वारा समझाया गया है;हमारे अध्ययन ने आधुनिक आबादी का उपयोग करके समग्र कपाल आकार के एलोमेट्रिक पैटर्न का विश्लेषण किया, और तुलनात्मक अध्ययन मस्तिष्क के आकार से संबंधित मानव विकास में दीर्घकालिक रुझानों को संबोधित करते हैं।
चेहरे की एलोमेट्री के संबंध में, बायोमेट्रिक डेटा78 का उपयोग करते हुए एक अध्ययन में पाया गया कि चेहरे का आकार और आकार थोड़ा सहसंबद्ध हो सकता है, जबकि हमारे अध्ययन में पाया गया कि बड़ी खोपड़ी लम्बे, संकीर्ण चेहरों से जुड़ी होती हैं।हालाँकि, बायोमेट्रिक डेटा की स्थिरता स्पष्ट नहीं है;ओटोजेनेटिक एलोमेट्री और स्टैटिक एलोमेट्री की तुलना करने वाले प्रतिगमन परीक्षण अलग-अलग परिणाम दिखाते हैं।बढ़ी हुई ऊंचाई के कारण गोलाकार खोपड़ी के आकार की ओर एक एलोमेट्रिक प्रवृत्ति भी बताई गई है;हालाँकि, हमने ऊंचाई डेटा का विश्लेषण नहीं किया।हमारे अध्ययन से पता चलता है कि कपाल गोलाकार अनुपात और समग्र कपाल आकार के बीच संबंध प्रदर्शित करने वाला कोई एलोमेट्रिक डेटा नहीं है।
यद्यपि हमारा वर्तमान अध्ययन जलवायु या आहार स्थितियों द्वारा दर्शाए गए बाहरी चर पर डेटा से निपटता नहीं है जो कपाल आकृति विज्ञान को प्रभावित करने की संभावना रखते हैं, इस अध्ययन में उपयोग किए गए समरूप 3 डी कपाल सतह मॉडल के बड़े डेटा सेट सहसंबद्ध फेनोटाइपिक रूपात्मक भिन्नता का मूल्यांकन करने में मदद करेंगे।पर्यावरणीय कारक जैसे आहार, जलवायु और पोषण संबंधी स्थितियाँ, साथ ही तटस्थ बल जैसे प्रवासन, जीन प्रवाह और आनुवंशिक बहाव।
इस अध्ययन में 9 भौगोलिक इकाइयों (तालिका 1) में 148 आबादी से एकत्र किए गए पुरुष खोपड़ी के 342 नमूने शामिल थे।अधिकांश समूह भौगोलिक रूप से मूल नमूने हैं, जबकि अफ्रीका, पूर्वोत्तर/दक्षिणपूर्व एशिया और अमेरिका (इटैलिक में सूचीबद्ध) में कुछ समूह जातीय रूप से परिभाषित हैं।त्सुनेहिको हनिहारा द्वारा प्रदान की गई मार्टिन कपाल माप परिभाषा के अनुसार कपाल माप डेटाबेस से कई कपाल नमूनों का चयन किया गया था।हमने दुनिया के सभी जातीय समूहों से प्रतिनिधि पुरुष खोपड़ी का चयन किया।प्रत्येक समूह के सदस्यों की पहचान करने के लिए, हमने उस समूह से संबंधित सभी व्यक्तियों के लिए समूह के 37 कपाल मापों के आधार पर यूक्लिडियन दूरियों की गणना की।ज्यादातर मामलों में, हमने माध्य से सबसे छोटी दूरी वाले 1-4 नमूनों का चयन किया (पूरक तालिका एस4)।इन समूहों के लिए, कुछ नमूने यादृच्छिक रूप से चुने गए थे यदि वे हाहारा माप डेटाबेस में सूचीबद्ध नहीं थे।
सांख्यिकीय तुलना के लिए, 148 जनसंख्या नमूनों को प्रमुख भौगोलिक इकाइयों में वर्गीकृत किया गया था, जैसा कि तालिका 1 में दिखाया गया है। "अफ्रीकी" समूह में केवल उप-सहारा क्षेत्र के नमूने शामिल हैं।उत्तरी अफ्रीका के नमूनों को समान परिस्थितियों वाले पश्चिम एशिया के नमूनों के साथ "मध्य पूर्व" में शामिल किया गया था।पूर्वोत्तर एशियाई समूह में केवल गैर-यूरोपीय मूल के लोग शामिल हैं, और अमेरिकी समूह में केवल मूल अमेरिकी शामिल हैं।विशेष रूप से, यह समूह विभिन्न प्रकार के वातावरणों में, उत्तर और दक्षिण अमेरिकी महाद्वीपों के विशाल क्षेत्र में वितरित किया जाता है।हालाँकि, हम इस एकल भौगोलिक इकाई के भीतर अमेरिकी नमूने पर विचार करते हैं, मूल अमेरिकियों के जनसांख्यिकीय इतिहास को देखते हुए, कई प्रवासों की परवाह किए बिना, पूर्वोत्तर एशियाई मूल के माने जाते हैं 80।
हमने एक उच्च-रिज़ॉल्यूशन वाले 3डी स्कैनर (शाइनिंग 3डी कंपनी लिमिटेड द्वारा ईइनस्कैन प्रो, न्यूनतम रिज़ॉल्यूशन: 0.5 मिमी, https://www.shining3d.com/) का उपयोग करके इन विपरीत खोपड़ी नमूनों का 3डी सतह डेटा रिकॉर्ड किया और फिर एक जाल तैयार किया।जाल मॉडल में लगभग 200,000-400,000 कोने होते हैं, और इसमें शामिल सॉफ़्टवेयर का उपयोग छेद भरने और किनारों को चिकना करने के लिए किया जाता है।
पहले चरण में, हमने 4485 शीर्षों (8728 बहुभुज चेहरों) से युक्त एकल-टेम्पलेट जाल खोपड़ी मॉडल बनाने के लिए किसी भी खोपड़ी से स्कैन डेटा का उपयोग किया।खोपड़ी क्षेत्र का आधार, जिसमें स्पेनोइड हड्डी, पेट्रस टेम्पोरल हड्डी, तालु, मैक्सिलरी एल्वियोली और दांत शामिल हैं, को टेम्पलेट जाल मॉडल से हटा दिया गया था।इसका कारण यह है कि ये संरचनाएं कभी-कभी पतली या पतले नुकीले हिस्सों जैसे कि बर्तनों की सतहों और स्टाइलॉयड प्रक्रियाओं, दांतों के घिसाव और/या दांतों के असंगत सेट के कारण अधूरी होती हैं या इन्हें पूरा करना मुश्किल होता है।फोरामेन मैग्नम के चारों ओर खोपड़ी का आधार, आधार सहित, विच्छेदित नहीं किया गया था क्योंकि यह ग्रीवा जोड़ों के स्थान के लिए शारीरिक रूप से महत्वपूर्ण स्थान है और खोपड़ी की ऊंचाई का आकलन किया जाना चाहिए।एक टेम्पलेट बनाने के लिए दर्पण के छल्ले का उपयोग करें जो दोनों तरफ सममित हो।बहुभुज आकृतियों को यथासंभव समबाहु में परिवर्तित करने के लिए आइसोट्रोपिक मेशिंग करें।
इसके बाद, HBM-Rugle सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके टेम्पलेट मॉडल के संरचनात्मक रूप से संगत शीर्षों को 56 लैंडमार्क सौंपे गए।लैंडमार्क सेटिंग्स, लैंडमार्क स्थिति की सटीकता और स्थिरता सुनिश्चित करती हैं और उत्पन्न होमोलॉजी मॉडल में इन स्थानों की होमोलॉजी सुनिश्चित करती हैं।उन्हें उनकी विशिष्ट विशेषताओं के आधार पर पहचाना जा सकता है, जैसा कि पूरक तालिका S5 और पूरक चित्र S3 में दिखाया गया है।बुकस्टीन की परिभाषा81 के अनुसार, इनमें से अधिकांश स्थल तीन संरचनाओं के प्रतिच्छेदन पर स्थित प्रकार I स्थलचिह्न हैं, और कुछ अधिकतम वक्रता के बिंदुओं के साथ प्रकार II स्थलचिह्न हैं।मार्टिन की परिभाषा 36 में रैखिक कपाल माप के लिए परिभाषित बिंदुओं से कई स्थलों को स्थानांतरित किया गया था। हमने 342 खोपड़ी नमूनों के स्कैन किए गए मॉडल के लिए समान 56 स्थलों को परिभाषित किया था, जिन्हें अगले भाग में अधिक सटीक होमोलॉजी मॉडल उत्पन्न करने के लिए मैन्युअल रूप से शारीरिक रूप से संबंधित शीर्षों को सौंपा गया था।
स्कैन डेटा और टेम्पलेट का वर्णन करने के लिए एक हेड-केंद्रित समन्वय प्रणाली को परिभाषित किया गया था, जैसा कि पूरक चित्र S4 में दिखाया गया है।एक्सजेड विमान फ्रैंकफर्ट क्षैतिज विमान है जो बाएं और दाएं बाहरी श्रवण नहरों के ऊपरी किनारे के उच्चतम बिंदु (मार्टिन की परिभाषा: भाग) और बाईं कक्षा के निचले किनारे के सबसे निचले बिंदु (मार्टिन की परिभाषा: कक्षा) से होकर गुजरता है। ..X अक्ष बाएँ और दाएँ पक्षों को जोड़ने वाली रेखा है, और X+ दाहिनी ओर है।YZ विमान बाएँ और दाएँ भागों के मध्य और नाक की जड़ से होकर गुजरता है: Y+ ऊपर, Z+ आगे।संदर्भ बिंदु (मूल: शून्य निर्देशांक) YZ विमान (मिडप्लेन), XZ प्लेन (फ्रैंकफोर्ट प्लेन) और XY प्लेन (कोरोनल प्लेन) के चौराहे पर सेट किया गया है।
हमने 56 ऐतिहासिक बिंदुओं (चित्र 1 के बाईं ओर) का उपयोग करके टेम्पलेट फिटिंग करके एक समरूप जाल मॉडल बनाने के लिए एचबीएम-रगल सॉफ्टवेयर (मेडिक इंजीनियरिंग, क्योटो, http://www.rugle.co.jp/) का उपयोग किया।मुख्य सॉफ्टवेयर घटक, जिसे मूल रूप से जापान में उन्नत औद्योगिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान में डिजिटल मानव अनुसंधान केंद्र द्वारा विकसित किया गया है, को एचबीएम कहा जाता है और इसमें स्थलों का उपयोग करके टेम्पलेट्स को फिट करने और विभाजन सतहों का उपयोग करके महीन जाल मॉडल बनाने के कार्य हैं82।बाद के सॉफ़्टवेयर संस्करण (एमएचबीएम) 83 में फिटिंग प्रदर्शन में सुधार के लिए बिना किसी दिशानिर्देश के पैटर्न फिटिंग की सुविधा जोड़ी गई।एचबीएम-रूगल एमएचबीएम सॉफ्टवेयर को अतिरिक्त उपयोगकर्ता-अनुकूल सुविधाओं के साथ जोड़ता है जिसमें समन्वय प्रणालियों को अनुकूलित करना और इनपुट डेटा का आकार बदलना शामिल है।सॉफ़्टवेयर फिटिंग सटीकता की विश्वसनीयता की पुष्टि कई अध्ययनों52,54,55,56,57,58,59,60 में की गई है।
लैंडमार्क का उपयोग करके एचबीएम-रगल टेम्पलेट को फिट करते समय, टेम्पलेट के जाल मॉडल को आईसीपी तकनीक के आधार पर कठोर पंजीकरण द्वारा लक्ष्य स्कैन डेटा पर लगाया जाता है (टेम्पलेट और लक्ष्य स्कैन डेटा के अनुरूप लैंडमार्क के बीच की दूरी के योग को कम करना), और फिर जाल के गैर-कठोर विरूपण द्वारा टेम्पलेट को लक्ष्य स्कैन डेटा में अनुकूलित किया जाता है।फिटिंग की सटीकता में सुधार के लिए दो फिटिंग मापदंडों के विभिन्न मूल्यों का उपयोग करके इस फिटिंग प्रक्रिया को तीन बार दोहराया गया था।इनमें से एक पैरामीटर टेम्पलेट ग्रिड मॉडल और लक्ष्य स्कैन डेटा के बीच की दूरी को सीमित करता है, और दूसरा टेम्पलेट स्थलों और लक्ष्य स्थलों के बीच की दूरी को दंडित करता है।विकृत टेम्प्लेट जाल मॉडल को 17,709 शीर्षों (34,928 बहुभुज) से युक्त एक अधिक परिष्कृत जाल मॉडल बनाने के लिए चक्रीय सतह उपखंड एल्गोरिथ्म 82 का उपयोग करके उप-विभाजित किया गया था।अंत में, विभाजित टेम्प्लेट ग्रिड मॉडल एक होमोलॉजी मॉडल उत्पन्न करने के लिए लक्ष्य स्कैन डेटा में फिट होता है।चूंकि ऐतिहासिक स्थान लक्ष्य स्कैन डेटा से थोड़े अलग हैं, इसलिए पिछले अनुभाग में वर्णित हेड ओरिएंटेशन समन्वय प्रणाली का उपयोग करके उनका वर्णन करने के लिए होमोलॉजी मॉडल को ठीक किया गया था।सभी नमूनों में संबंधित समरूप मॉडल स्थलों और लक्ष्य स्कैन डेटा के बीच औसत दूरी <0.01 मिमी थी।एचबीएम-रगल फ़ंक्शन का उपयोग करके गणना की गई, होमोलॉजी मॉडल डेटा बिंदुओं और लक्ष्य स्कैन डेटा के बीच औसत दूरी 0.322 मिमी (पूरक तालिका एस2) थी।
कपाल आकृति विज्ञान में परिवर्तनों को समझाने के लिए, उन्नत औद्योगिक विज्ञान और प्रौद्योगिकी संस्थान में डिजिटल मानव विज्ञान केंद्र द्वारा बनाए गए एचबीएस सॉफ्टवेयर का उपयोग करके प्रमुख घटक विश्लेषण (पीसीए) द्वारा सभी समरूप मॉडलों के 17,709 शीर्षों (53,127 XYZ निर्देशांक) का विश्लेषण किया गया था।, जापान (वितरण डीलर: मेडिक इंजीनियरिंग, क्योटो, http://www.rugle.co.jp/)।फिर हमने असामान्य डेटा सेट पर पीसीए लागू करने का प्रयास किया और डेटा सेट को सेंट्रोइड आकार द्वारा सामान्यीकृत किया गया।इस प्रकार, गैर-मानकीकृत डेटा पर आधारित पीसीए नौ भौगोलिक इकाइयों के कपाल आकार को अधिक स्पष्ट रूप से चित्रित कर सकता है और मानकीकृत डेटा का उपयोग करके पीसीए की तुलना में घटक व्याख्या की सुविधा प्रदान कर सकता है।
यह आलेख कुल विचरण के 1% से अधिक के योगदान के साथ खोजे गए प्रमुख घटकों की संख्या प्रस्तुत करता है।प्रमुख भौगोलिक इकाइयों में समूहों को अलग करने में सबसे प्रभावी प्रमुख घटकों को निर्धारित करने के लिए, रिसीवर ऑपरेटिंग विशेषता (आरओसी) विश्लेषण को 2% 84 से अधिक योगदान वाले प्रमुख घटक (पीसी) स्कोर पर लागू किया गया था।यह विश्लेषण वर्गीकरण प्रदर्शन में सुधार करने और भौगोलिक समूहों के बीच भूखंडों की सही तुलना करने के लिए प्रत्येक पीसीए घटक के लिए एक संभाव्यता वक्र उत्पन्न करता है।भेदभावपूर्ण शक्ति की डिग्री का आकलन वक्र (एयूसी) के तहत क्षेत्र द्वारा किया जा सकता है, जहां बड़े मूल्यों वाले पीसीए घटक समूहों के बीच भेदभाव करने में बेहतर सक्षम हैं।फिर महत्व के स्तर का आकलन करने के लिए एक ची-स्क्वायर परीक्षण किया गया।एक्सेल सॉफ्टवेयर (संस्करण 3.21) के लिए बेल कर्व का उपयोग करके माइक्रोसॉफ्ट एक्सेल में आरओसी विश्लेषण किया गया था।
कपाल आकृति विज्ञान में भौगोलिक अंतरों की कल्पना करने के लिए, पीसी स्कोर का उपयोग करके स्कैटरप्लॉट बनाए गए थे जो प्रमुख भौगोलिक इकाइयों से समूहों को सबसे प्रभावी ढंग से अलग करते थे।प्रमुख घटकों की व्याख्या करने के लिए, उन मॉडल शीर्षों की कल्पना करने के लिए एक रंगीन मानचित्र का उपयोग करें जो प्रमुख घटकों के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध हैं।इसके अलावा, मुख्य घटक स्कोर के ±3 मानक विचलन (एसडी) पर स्थित प्रमुख घटक अक्षों के सिरों के आभासी प्रतिनिधित्व की गणना की गई और पूरक वीडियो में प्रस्तुत किया गया।
पीसीए विश्लेषण में मूल्यांकन किए गए खोपड़ी के आकार और आकार कारकों के बीच संबंध निर्धारित करने के लिए एलोमेट्री का उपयोग किया गया था।विश्लेषण 1% से अधिक योगदान वाले प्रमुख घटकों के लिए मान्य है।इस पीसीए की एक सीमा यह है कि आकार के घटक व्यक्तिगत रूप से आकार का संकेत नहीं दे सकते क्योंकि गैर-सामान्यीकृत डेटा सेट सभी आयामी कारकों को नहीं हटाता है।असामान्य डेटा सेट का उपयोग करने के अलावा, हमने 1% से अधिक योगदान वाले प्रमुख घटकों पर लागू सामान्यीकृत सेंट्रोइड आकार डेटा के आधार पर पीसी अंश सेट का उपयोग करके एलोमेट्रिक रुझानों का भी विश्लेषण किया।
समीकरण Y = aXb 85 का उपयोग करके एलोमेट्रिक रुझानों का परीक्षण किया गया था, जहां Y एक आकार घटक का आकार या अनुपात है, X सेंट्रोइड आकार है (पूरक तालिका S2), a एक स्थिर मान है, और b एलोमेट्रिक गुणांक है।यह विधि मूल रूप से ज्यामितीय मॉर्फोमेट्री78,86 में एलोमेट्रिक विकास अध्ययन का परिचय देती है।इस सूत्र का लघुगणकीय परिवर्तन है: लॉग वाई = बी × लॉग एक्स + लॉग ए।ए और बी की गणना के लिए न्यूनतम वर्ग विधि का उपयोग करके प्रतिगमन विश्लेषण लागू किया गया था।जब Y (केन्द्रक आकार) और X (पीसी स्कोर) को लघुगणकीय रूप से रूपांतरित किया जाता है, तो ये मान सकारात्मक होने चाहिए;हालाँकि, X के अनुमानों के सेट में नकारात्मक मान हैं।समाधान के रूप में, हमने प्रत्येक घटक में प्रत्येक अंश के लिए सबसे छोटे अंश के निरपेक्ष मान प्लस 1 में पूर्णांकन जोड़ा और सभी परिवर्तित सकारात्मक अंशों के लिए एक लघुगणकीय परिवर्तन लागू किया।एलोमेट्रिक गुणांकों के महत्व का आकलन दो-पूंछ वाले छात्र के टी परीक्षण का उपयोग करके किया गया था।एलोमेट्रिक वृद्धि का परीक्षण करने के लिए ये सांख्यिकीय गणना एक्सेल सॉफ़्टवेयर (संस्करण 3.21) में बेल कर्व्स का उपयोग करके की गई थी।
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