MASARYKOVA UNIVERZITA PŘÍRODOVĚDECKÁ FAKULTA ÚSTAV ANTROPOLOGIE
Polymorfismus lidského obličeje Diplomová práce Bc. Lucie Sýkorová
Vedoucí práce: RNDr. Petra Urbanová, Ph.D.
Brno 2014
Bibliografický záznam Autor:
Bc. Lucie Sýkorová Přírodovědecká fakulta, Masarykova univerzita Ústav antropologie
Název práce:
Polymorfismus lidského obličeje
Studijní program:
Antropologie – magisterský studijní program
Studijní obor:
Antropologie
Vedoucí práce:
RNDr. Petra Urbanová, Ph.D.
Akademický rok:
2013/2014
Počet stran:
94
Klíčová slova:
obličej; morfometrie; příbuznost; dědičnost; identifikace, prokrústovská vzdálenost
Bibliographic Entry
Author:
Bc. Lucie Sýkorová Faculty of Science, Masaryk University Department of Anthropology
Title of Thesis:
Polymorphism of the human face
Degree Programme: Anthropology – master's degree programme Field of Study:
Anthropology
Supervisor:
RNDr. Petra Urbanová, Ph.D.
Academic Year:
2013/2014
Number of Pages:
94
Keywords:
face; morphology; kinship; heritability; identification, Procrustes distances
Abstrakt Tato diplomová práce je věnována zhodnocení fenotypové podobnosti obličeje příbuzných jedinců za účelem možného využití výsledků pro správnou identifikaci osob v kriminalistice a ve forenzní antropologii. V práci byly použity 3D modely obličeje jedinců v příbuzenském vztahu matka-dcera; celkem bylo zhodnoceno 35 párů. Průměrný věkový rozdíl mezi matkou a dcerou byl 26 let. Podobnost obličeje byla hodnocena dvěma způsoby: metrickou metodou tradiční morfometrie a analýzou význačných bodů. Použitím tradiční metrické metody byly testovány přímé vzdálenosti mezi digitalizovanými body. Testováno bylo 12 horizontálních a 12 vertikálních rozměrů. Statistické hodnocení nepotvrdilo hypotézu, že jedinci ve vztahu matka-dcera si jsou podobnější než náhodně vybrané páry z matek a dcer. Použitím metody geometrické morfometrie analýzy význačných bodů bylo zhodnoceno 19 znaků. Pomocí prokrústovských vzdáleností byla srovnána tvarová podobnost obličeje jedinců ve vztahu matka-dcera a náhodně vybraných párů matek a dcer. Statistické hodnocení nepotvrdilo hypotézu, že příbuzní jedinci si jsou v obličeji vzájemně podobnější než náhodně vytvořené páry.
Abstract This thesis is dedicated to the evaluation of the phenotypic resemblance of the face between related individuals. The results of this study could be used for the correct identification of persons in criminalistics and forensic anthropology. In this thesis 3D models were used. Probands were in mother-daughter relationship. In total, 35 pairs were assessed. The average age difference between mother and daughter was 26 years. The resemblance of the face was assessed in two ways: by traditional morphometrics and geometric morphometrics. The use of traditional metric methods by which 24 linear distances between the digitized landmarks and 3 ratios were tested, did not confirm the hypothesis that individuals in the mother-daughter relationship are more similar to each other than random pairs of mothers and daughters. Geometric morphometrics, by which the Procrustes distances were assessed, did not confirm the hypothesis that related individuals are more similar to each other than randomly generated pairs.
Poděkování Na tomto místě bych chtěla poděkovat vedoucí mé diplomové práce RNDr. Petře Urbanové, Ph.D. za její připomínky, rady a za čas, který se mnou a mou prací strávila. Mgr. Mikoláši Jurdovi a Mgr. et Mgr. Zuzaně Kotulánové patří mé velké díky za jejich ochotnou pomoc a konzultace. Dále bych chtěla poděkovat svým rodičům, kteří mě po celou dobu mého studia podporovali a udíleli cenné rady. Za veškerou podporu děkuji také svým přátelům především pak Petře Chudé a Janě Němcové.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem svoji diplomovou práci vypracovala samostatně s využitím informačních zdrojů, které jsou v práci citovány.
Brno, 8.1.2014
…………………………………… Bc. Lucie Sýkorová
OBSAH 1 ÚVOD................................................................................................................................9 2 TEORETICKÁ ČÁST......................................................................................................11 2.1 MORFOLOGIE OBLIČEJE ....................................................................................11 2.1.1 Anatomie obličeje.............................................................................................11 2.1.1.1 Kostěný podklad obličeje..........................................................................12 2.1.1.2 Chrupavky obličeje...................................................................................14 2.1.1.3 Svaly obličeje............................................................................................14 2.1.2 Somatoskopie....................................................................................................17 2.2 VARIABILITA ZNAKŮ V OBLIČEJI.....................................................................27 2.2.1 Příbuznost a genetická podobnost v obličeji.....................................................27 2.2.2 Sexuální dimorfismus obličeje..........................................................................31 2.2.3 Věkové změny v obličeji...................................................................................37 2.3 PRAKTICKÉ VYUŽITÍ MORFOLOGIE OBLIČEJE............................................40 2.3.1 Identifikace podle obličeje................................................................................41 2.3.2 2D versus 3D záznamy obličeje........................................................................43 2.3.3 Identifikační metody.........................................................................................44 2.3.3.1 Morfoskopické metody.............................................................................44 2.3.3.2 Morfometrické metody..............................................................................45 3 PRAKTICKÁ ČÁST........................................................................................................49 3.1 CÍLE STUDIE..........................................................................................................49 3.2 MATERIÁL A METODY.........................................................................................49 3.2.1 Úprava modelu obličeje....................................................................................51 3.2.2 Digitalizace antropometrických bodů...............................................................53 3.2.3 Použité metody..................................................................................................56 3.3 VÝSLEDKY.............................................................................................................62 4 DISKUZE.........................................................................................................................69 5 ZÁVĚR.............................................................................................................................73 O AUTORCE.......................................................................................................................74 SLOVNÍK DŮLEŽITÝCH JMEN A POJMŮ.....................................................................75 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK...................................................................................77 REJSTŘÍK............................................................................................................................78 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY..................................................................................80 PŘÍLOHY.............................................................................................................................86
8
1
ÚVOD Lidský obličej (lat. facies) je jako zrcadlo. Odráží se v něm naše pocity a naše
nálady. Slouží nám jak k verbální, tak i k neverbální komunikaci a je velice specifickou částí lidského těla – každý jedinec má svou jedinečnou charakteristiku. Proto se také obličej nejčastěji využívá k identifikaci. Identifikace je proces, při kterém se využívají unikátní znaky. Je to proces, kde se hledají shodné a rozdílné znaky mezi dvěma a více jedinci (Rak et al., 2008). Obličej je tedy důležitým poznávacím znamením a je to právě tvář, která se nám v mysli vybaví, když na někoho myslíme; právě ji si spojujeme s určitými lidmi. Je to tvar, který si dítě začne jako první uvědomovat a rozeznávat (Rak et al., 2008). Novorozenec je schopen rozeznat a zapamatovat si obličej matky již během prvních pár dnů života – je schopen rozeznat nejen tvar obličeje, ale i jeho jednotlivé prvky (Blažek, 2009). Z naší tváře lze mnohé vyčíst. Prozradí náš věk, pohlaví, sociální postavení nebo také naši náladu. Lidé se k nám budou chovat podle toho, co z výrazu a vzezření naší tváře vyčtou. Je prokázáno, že při setkání s jiným člověkem zkoumáme jeho tvář systematicky. Z výzkumů vyplývá, že asi 75% času věnujeme zkoumání trojúhelníku tvořeným očima a ústy, 10% času pak věnujeme čelu a vlasům, pouhých 5% bradě a zbývajících 10% věnujeme zbývajícím částem těla. Přičemž na průzkum obličeje člověka při prvním setkání potřebujeme jen asi 3 vteřiny (Lewis a Rezek, 2010). Náš obličej se během života mění. Na základě ztotožnění těchto změn s chronologickým věkem lze odhadovat vyspělost jedince. Během vývoje dochází ke změnám proporčním, zvýrazňují se jednotlivé struktury, mění se barva kůže, klesá elasticita měkkých tkání a kůže, rysy povolují a mění se vrstva podkožního tuku. Na celkovém vzhledu se odráží i životní styl, sociální postavení, stres či strava (Ulijaszek, 1998). Kromě věkového zařazení jednice vyčteme z obličeje také jeho pohlaví. Pohlaví podle obličeje lépe rozeznáme u dospělých jedinců než u dětí. A to díky vlivu pohlavních hormonů. Příkladem tvarových rozdílů mezi muži a ženami může být mužské nižší a ustupující čelo spolu s výraznějšími nadočnicovými oblouky a mohutnější mandibulou (Jones, 1996). V souvislosti s pohlavním dimorfismem a věkovými rozdíly lze také mluvit o atraktivitě obličeje. Atraktivita sama o sobě je však velice subjektivní, každý má své 9
vlastní měřítko krásy. Z mnohých výzkumů vyplývá, že atraktivní obličej (a to jak mužský, tak
ženský)
je
obličej
symetrický,
průměrný
a
mladého
vzhledu
(Thornhill
a Gangestad, 1999). Různé kultury se však ve vnímání krásy mohou lišit. A pro zvýraznění "svých atraktivních rysů" pak používají i různé metody. Ať už je to líčení, tetování, či nejrůznější mutilace a deformace. Je tedy zřejmé, že lidský obličej je velice důležitým vyjadřovacím a identifikačním prvkem každého jedince, díky kterému ho lze zařadit do určité skupiny (věkové, pohlavní, kmenové apod.). V minulosti se vytvářely mnohé klasifikace obličejů a připisovaly se k nim určité charakteristiky a povahy. Jisté typy byly spojovány např. s vysokou inteligencí či se zločineckými sklony. Tak byl v 19. stol. italským lékařem, antropologem a kriminologem Cesarem Lombrosem vytvořen typický obraz zločince. Takový "typický zločinec" se vyznačoval výskytem abnormalit jako např. ustupujícím čelem, velkýma ušima, hranatou a ustupující bradou či širokými lícními kostmi (Malina, 2009). Tvar obličeje v minulosti také posloužil jako charakteristický rys pro určování lidských ras. Veliká variabilita obličeje je výsledkem exprese několika genů, které získáme od svých rodičů. Proto i přes veškerou variabilitu a jedinečnost tváře můžeme nalézt podobnosti s jinými jedinci jako právě mezi rodiči a jejich dětmi nebo mezi sourozenci. Příbuzní spolu sdílí určité procentuální zastoupení genů, které lze vyjádřit tzv. koeficientem příbuznosti (Arnold, 2009; Lewis, 2007). Prozkoumání a objektivizace příbuzenské podobnosti obličeje je hlavním cílem mé práce za účelem využití výsledků v problematice správné identifikace osob v kriminalistice a forenzní antropologii.
10
2
TEORETICKÁ ČÁST 2.1
MORFOLOGIE OBLIČEJE
Tvar lidského obličeje je podmíněn jednotlivými kostmi splanchnokrania, chrupavkami a měkkými tkáněmi – podkožním vazivem, podkožním tukem, svaly aj. (Horáčková, 2007). Jeho variabilita souvisí s pohlavními a populačními rozdíly, tvar obličeje se také mění v závislosti na růstových změnách jedince (Čihák, 2001).
2.1.1
Anatomie obličeje
V obličejové části hlavy jsou umístěny smyslové orgány pro příjímání podmětů z okolí – zrak, čich, chuť, sluch. Začíná zde trávicí ústrojí v podobě ústní dutiny a dýchací ústrojí v podobě dutiny nosní. Topologicky lze obličej rozdělit na pět párových a tři nepárové oblasti (Obr. 1) (Sinel’nikov, 1980). Párové oblasti: ➢
krajina očnicová (regio orbitalis)
➢
krajina podočnicová (regio infraorbitalis)
➢
krajina lícní (regio zygomatica)
➢
krajina tvářová (regio buccalis)
➢
regio parotideomasseterica
Nepárové oblasti: ➢
krajina ústní (regio oralis)
➢
krajina nosní (regio nasalis)
➢
krajina bradová (regio mentalis)
➢
krajina čelní (regio frontalis) - ta topologicky patří do mozkové oblasti hlavy, ale z popisného hlediska ji lze přiřadit k oblasti obličejové (Sinel’nikov, 1980).
11
Obr. 1: Krajiny obličeje (Sinel’nikov, 1980)
2.1.1.1
Kostěný podklad obličeje
Kosti lebky (ossa cranii) se dělí na mozkovou část (neurocranium) a část obličejovou (splanchnocranium). Splanchnocranium je tvořeno celkem šestnácti kostmi (Obr. 2), kde šest z nich je párových: horní čelist (maxila), kost nosní (os nasale), kost slzní (os lacrimale), kost lícní (os zygomaticum), kost patrová (os palatinum) a dolní skořepa nosní (concha nasalis inferior). A čtyři nepárové: kost čichová (os ethmoidale), kost radličná (vomer), dolní čelist (mandibula) a jazylka (os hyoideum) (Horáčková, 2007). Na tvaru obličeje se navíc výrazně podílí i kost čelní (os frontale), která se řadí mezi kosti neurocrania (Sinel’nikov, 1980).
12
Obr. 2: Kosti splanchnokrania, upraveno (Čihak, 2001)
13
2.1.1.2
Chrupavky obličeje
Chrupavky tvoří podklad některých obličejových struktur (nosu a ušního boltce). Ušní boltec, který se podílí na celkovém vzhledu obličeje (přestože se již k obličejové části hlavy nepočítá) (Sinel’nikov, 1980), je tvořen elastickou chrupavkou cartilago auriculae. Tvar a reliéf ušního boltce je velmi variabilní a může dobře posloužit k identifikaci jedince (Čihák, 1997). Významnou obličejovou strukturou s chrupavčitým podkladem je zevní nos (nasus externus). Tvar zevního nosu je dán kostmi splanchnokrania, které vytváří aperturu piriformis, a šesti chrupavkami: cartilago septi nasi (nepárová chrupavka, která tvoří podklad nosní přepážky), cartilago nasi lateralis (párová chrupavka tvořící podklad nosního hřbetu), cartilago alaris major (párová chrupavka - obě chrupavky spoluvytváří apex nasi, slouží jako podklad nosního křídla a podílí se na stavbě nosní přepážky), cartilagines alares minores (drobné chrupavky uložené v nosním křídle), cartilagines nasales accessoriae, cartilago vomeronasalis (Vargová, 2008).
2.1.1.3
Svaly obličeje
Svaly hlavy se dělí na svaly mimické (mm. faciales) a svaly žvýkací (mm. masticatores) (Horáčková, 2007).
Mimické svaly Mimické svaly jsou uloženy povrchově a upínají se do kůže obličeje (Obr. 3). Jejich kontrakcí se mění kožní vrásky, rýhy, uzavírá se oční štěrbina nebo se mění tvar a poloha štěrbiny ústní. Díky tomu jsme schopni dát obličeji různé výrazy, které mohou být projevem našich emocí (Horáčková, 2007). Všechny mimické svaly jsou inervovány VII. hlavovým nervem n. facialis a lze je rozdělit do šesti skupin (Čihák, 2001):
14
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
m. frontalis m. procerus m. corrugator supercilii m. orbicularis oris m. temporalis a fascia temporalis m. nasalis m. levator labii superioris alaque nasi m. levator labii superioris m. zygomaticus minor
10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.
Obr. 3: Mimické svaly obličeje (Čihak, 2001)
15
m. levator anguli oris m. zygomaticus major m. risorius m. buccinator m. depressor anguli oris m. orbicularis oris m. mentalis m. depressor labii inferioris
I. svaly oční štěrbiny Hlavním svalem je kruhový sval m. orbicularis oculi, který zužuje oční štěrbinu, podílí se na pohybu víček a tvoří vějířovité kožní vrásky při laterálním očním koutku. Dalším svalem v oblasti oční štěrbiny je m. procerus. Tento sval vytváří příčnou rýhu v oblasti kořene nosu. Zamračený výraz či výraz bolesti, při kterém se vytvoří svislé rýhy nad kořenem nosu, je způsoben kontrakcí m. corrugator supercilii (Čihák, 2001; Horáčková, 2007).
II. svaly ústní štěrbiny Štěrbina ústní je obkroužena kruhovým svalem m. orbicularis oris, který také představuje výplň rtů a určuje jejich tvar. Jeho funkce spočívá v uzavírání ústní štěrbiny, ve svírání rtů a jejich vtahování dovnitř či při jejich ohrnutí (protruzi). M. levator labii superioris je sval, který zvedá horní ret, prohýbá sulcus nasolabialis a dává obličeji výraz zármutku). Kontrakcí m. levator labii superioris alaeque nasi se rozšiřují nosní dírky, zdvihá se horní ret a nosní křídlo. M. zygomaticus minor se podílí na zvedání horního rtu, prohýbá dolní část sulcus nasolabialis a dává obličeji výraz soucitu, m. zygomaticus major zvedá ústní koutek při veselém výrazu tváře, m. levator anguli oris zdvihá ústní koutek, m. risorus rozšiřuje ústa při úsměvu, m. depressor anguli oris táhne ústní koutek dolů, m. depressor labii inferioris táhne dolní ret dolů a způsobuje výraz nechuti, m. mentalis táhne dolní ret směrem dopředu (Čihák, 2001; Horáčková, 2007).
III.svaly zevního nosu Hřbet nosu je překryt svalem m. nasalis. Jeho funkce spočívá v zužování nosních dírek (Čihák, 2001; Horáčková, 2007).
IV. svaly lební klenby Do této skupiny patří m. occipitofrontalis. Kontrakcí tohoto svalu se zvedá obočí a vytváří se příčné vrásky na čele (Čihák, 2001; Horáčková, 2007).
V. svaly ušního boltce Tyto svaly jsou u člověka zakrnělé a nemají žádný funkční význam (Čihák, 2001).
16
VI. hluboká vrstva mimického svalstva Tuto svalovou skupinu představuje m. buccinator, který tvoří podklad tváří. Sval se také nazývá svalem "trubačským" a to proto, že při jeho kontrakci dochází k vytlačení vzduchu z dutiny ústní. Další jeho funkcí je přitlačování tváře k dásním a rozšiřování ústní dutiny. Na povrchu svalu se nachází tukové těleso corpus adiposum buccae, které se významně podílí na reliéfu obličeje (Čihák, 2001).
Žvýkací svaly Svaly žvýkací (mm. masticatores) jsou rozloženy podél čelistního kloubu a upínají se na mandibulu. Jsou inervovány n. mandibularis, který tvoří třetí větev V. hlavového nervu n. trigeminus (Čihák, 2001). Mezi svaly žvýkací se řadí m. temporalis, který přitahuje dolní čelist k horní a také táhne dolní čelist směrem dozadu. Funkcí m. masseter je elevace mandibuly, m. pterygoideus medialis při jednostranné kontrakci umožňuje pohyb mandibuly do strany, při oboustranné kontrakci způsobuje elevaci mandibuly. M. pterygoideus lateralis umožňuje otevírání úst a protrakci dolní čelisti (Čihák, 2001; Horáčková, 2007).
2.1.2
Somatoskopie
Obličej vytváří rámec, do kterého jsou zasazeny jednotlivé obličejové struktury a jeho tvar je populačně i individuálně velice specifický. Již v minulosti se lidé snažili popsat zákonitosti jeho tvaru a charakterizovat jednotlivé typy obličejů (Fetter, 1967). V 19. stol. se pak tvary a rozměry obličeje staly měřítkem pro určování lidských ras a v současnosti se využívají především v biometrii a v kriminalistice pro identifikaci jedince (Malina, 2009). Somatoskopie je deskriptivní metoda založená na standardizovaném popisu tělesných znaků. Podle předem dohodnutých kritérií lze somatoskopické znaky vyjádřit ve dvou stupních – nejčastěji se ale používá 3-5 stupňů. Pro jejich správné zařazení se využívají kreslená schémata s
typickými
charakteristikami
kategorie
znaku.
Somatoskopie je metodou subjektivní a pro přesné zhodnocení je potřeba zkušenost hodnotitele (Fetter, 1967). 17
Mezi nejvýraznější znaky na lidském obličeji, které můžeme aspektivně hodnotit patří nos, oči, rty a uši. Můžeme hodnotit ale i tvar celé hlavy – její výšku, šířku a vzájemné poměry obličejových prvků.
Celkový tvar obličeje a krajina čelní Tvar lidského obličeje je dán především jeho kostěným podkladem a svaly. Typologicky lze rozdělit obličeje pomocí obličejového indexu porovnávající výšku a šířku obličeje na (Čihák, 2001): ➢
euryprosopní - krátký široký obličej, index do 84,9
➢
mesoprosopní - střední obličej, index 85,0-89,9
➢
leptoprosopní - dlouhý úzký obličej, index nad 90,0
Poměr výšky a šířky obličeje také určuje vzhled ostatních struktur. Např. nos letoprosopního obličeje bude dlouhý, nos euryprosopního obličeje bude spíše oblý a širší. Vzájemný poměr výšky a šířky obličeje lze hodnotit následovně (Obr. 4): 1. velmi úzká, 2. úzká, 3. střední, 4. široká, 5. velmi široká (Fetter, 1967).
Obr. 4: Výška obličeje (Fetter, 1967)
Celkový vzhled obličeje můžeme hodnotit podle desetistupňové škály H. Pöchové, která je založena na hodnocení obrysu obličeje (Fetter, 1967). H. Pöchová rozlišuje následující tvary (Obr. 5): 1. eliptický, 2. oválný - zužující se k bradě, 3. oválný - zužující se k temeni, 4. kulatý, 5. obdélníkový, 6. čtvercový, 7. rhomboidní, 8. trapezoidní, 9. obráceně trapezoidní, 10. pětiúhelníkovitý.
18
Obr. 5: Desetistupňová škála H. Pöchové pro hodnocení tvaru obličeje (Fetter, 1967)
Výšku čela můžeme hodnotit jako 1. malou, 2. střední, 3. velkou. Výška se hodnotí v poměru k celkové výšce obličeje (Fetter, 1967). Pak lze hodnotit takové znaky jako je tvar čela z profilu, rozvoj tubera frontalia a glabelly, nebo tvar arcus superciliares (Fetter, 1967).
Krajina očnicová Oblast očí patří k nejvíce studovaným oblastem obličeje a to jak z hlediska antropologického, tak i z hlediska medicínského – tato oblast bývá často předmětem plastických operací. Proto je potřeba znát důkladně variabilitu očnicové krajiny. Nejčastěji využívanými antropometrickými body (které definují zkoumanou oblast) bývají ty, které vymezují okraj orbity a okraje oční štěrbiny. Mezi významné znaky také patří tvar obočí a jeho umístění – tento znak je navíc etnicky velice variabilní a také sexuálně dimorfní (Beden a Beltram, 2012). V krajině očnicové popisujeme jak tvar oční štěrbiny, tak její výšku (Obr. 7) a velikost, vzájemné umístění očí a jejich vzdálenost od sebe (Obr. 8). Postavení oční štěrbiny (Obr. 6) se většinou nenachází v přímé horizontální rovině. Vnější koutek bývá položený o něco výše než koutek vnitřní. Tento znak je etnicky specifický – u kavkazoidních populací bývá úhel mezi horizontální rovinou a spojnicí vnitřního a vnějšího koutku daleko menší než u mongoloidních populací. U žen bývá vnější koutek položen výše než u mužů. Postavení oční štěrbiny je také typické pro různá genetická 19
onemocnění – např. jedinci s Downovým syndromem mají vnější koutek výše – mají mongoloidní oči. U mongoloidních populací se navíc vyskytuje epikantus – tj. kožní řasa překrývající vnitřní koutek oka (Beden a Beltram, 2012; Fetter, 1967; Šípek, 2010).
Obr. 6: Variabilita postavení pravé oční štěrbiny u žen
Obr. 7: Variabilita výšky oční štěrbiny u žen
20
Obr. 8: Variabilita v meziočnicové vzdálenosti u žen
Z dalších znaků rozlišujeme např. šířku, hustotu a tvar obočí nebo délku a hustotu řas. Obočí je značně sexuálně dimorfní – u mužů často leží na okraji očnice, u žen bývá o něco výš. Variabilní jsou i víčka – především pak víčko horní, na kterém se vytvářejí různé kožní záhyby. Oční víčka jsou etnicky variabilní a podléhají věkovým změnám (Fetter, 1967; Park a Oh, 2012).
Krajina nosní Nos se nachází přímo v centrální části obličeje. Proto představuje výrazný prvek, který poutá největší pozornost a ovlivňuje tak i vnímání ostatních struktur. Lidský nos je etnicky specifický, sexuálně dimorfní a podléhá i věkovým změnám. Vlivem kongenitálních onemocnění nebo posttraumatických následků může docházet k jeho deformacím a proto bývá často předmětem plastických operací. Vzhledem k jeho variabilitě je nejen pro potřeby medicíny, ale také pro forenzní praxi (kdy nos hraje
21
podstatnou roli při identifikačním procesu), nezbytné znát jeho metrické a tvarové charakteristiky a jeho vývoj během stárnutí (Etöz a Ercan, 2012). Hodnotí se výška nosu (nasion–subnasale), šířka nosu (alare dx.-alare sin.), profil hřbetu nosu, šířka hřbetu nosu a jeho kostěné části (Obr. 10), velikost hrotu nosu (Obr. 9), tvar hrotu nosu a jeho směr, šířka a výška kořene nosu, přechod čela ve hřbet nosu a další charakteristiky týkající se jak nosních křidélek, tak nosních otvorů a septa (Fetter, 1967).
Obr. 9: Variabilita velikosti hrotu nosu u žen
Obr. 10: Variabilita šířky kostěné části nosu u žen
22
Krajina ústní a brada Rty můžeme hodnotit z hlediska jejich šířky (Obr. 11). Hodnotí se tvar filtra, výška rtů (Obr. 12), profil rtů, obrys červené části rtů, linie úst, poloha ústních koutků vzhledem k linii úst (1. v rovině, 2. nad linií, 3. pod linií) (Fetter, 1967). U brady pak rozlišujeme čtyři tvary: 1. eliptický, 2. hranatý, 3. kulatý, 4. prohloubený. Z profilu hodnotíme její prominenci: 1. prominující, 2. rovná, 3. ustupující. Z dalších znaků pak můžeme hodnotit důlek na bradě (jeho přítomnost či nepřítomnost a míru jeho vyznačení) (Fetter, 1967).
Obr. 11: Variabilita šířky rtů u žen
23
Obr. 12: Variabilita výšky horního rtu u žen
Ušní boltec Ušní boltec (Obr. 13) je významným prvkem pro identifikaci jedince, protože nese mnohé fylogeneticky a geneticky dané zvláštnosti. Jeho tvar je individuálně specifický a jeho proporce a umístění hrají významnou roli v celkové harmonii obličeje. Různé deformace ušního boltce, jeho abnormální velikost nebo dislokace mohou být projevem kongenitálních anomálií - např. jedinci s Downovým syndromem mívají menší uši. Jiné anomálie se projeví např. větší inklinací ušního boltce (Purkait, 2012) (běžná inklinace u zdravého jedince je 20-40° (Čihák, 1997)). Lidské ucho je ovoidního tvaru. Jeho podkladem je elastická chrupavka cartilagi auricules, která mu dává jeho charakteristický tvar (Čihák, 1997). Vnější okraj ušního boltce se nazývá helix a ten obkružuje vnitřní část – antihelix. Přibližně ve středu boltce se nachází ušní otvor (meatus acusticus externus). Posteriálně od ušního otvoru se nachází chrupavčitý výstupek antitragus, anteriálně se pak nachází druhý chrupavčitým výstupek tragus (na něm se vyskytuje jeden z významných antropometrických bodů – tragion). 24
Spodní část boltce představuje ušní lalůček. Ušní lalůček je jedinou částí ušního boltce, která nemá chrupavčitý podklad. Jeho základem je podkožní tuk (Purkait, 2012). Délka boltce je přibližně stejně velká jako výška nosu (Purkait, 2012). Při popisu hodnotíme šířku a výšku boltce, přilehlost boltce k hlavě a jeho umístění, obrys a plochu boltce, reliéf, šířku helixu, Darwinův hrbolek – hrbolek v zadní části spirály ucha (Rak et al., 2008), velikost a tvar tragu a antitragu, hloubku a šířku incisura intertragica. Důležitým znakem je ušní lalůček, kde se hodnotí jeho velikost, tloušťka a přilnavost k tváři – zda je volný nebo kompletně přilnutý (Fetter, 1967; Purkait, 2012). Ušní boltec podléhá věkovým změnám. Jeho délka se s věkem zvětšuje – k nejmarkantnějšímu prodlužování dochází po dosažení 50 let a je to způsobeno ztrátou pružnosti a elasticity kůže a také vlivem zemské gravitace. Navíc je etnicky specifický (např. Indové mají daleko menší uši, než mají Turci) a lze na něm najít i sexuální rozdíly – především ve velikosti (Purkait, 2012).
Obr. 13: Popis ušního boltce (Purkait, 2012)
25
Individuální znaky obličeje Rýhy a vrásky na obličeji patří mezi individuální znaky obličeje, které jsou podmíněny rozvojem svalstva, podkožního tuku a vlastnostmi kůže. Prokázal se také jejich dědičný charakter a to na výzkumu jednovaječných dvojčat. Při popisu osoby se hodnotí jejich přítomnost, nepřítomnost a stupeň jejich rozvoje (Fetter, 1967). Nejvýraznější rýhy jsou rýha nasolabiální (Obr. 14) (od nosních křidélek šikmo dolů a kolem ústních koutků) a rýha mentální (na rozhraní dolního rtu a brady). Vrásky na čele jsou pak silně individuální – mohou být přerušované, vlnité, asymetrické a mohou se vyskytovat i celé soubory vrásek (Fetter, 1967).
Obr. 14: Variabilita nasolabiální rýhy u žen
26
2.2
VARIABILITA ZNAKŮ V OBLIČEJI
Variabilita lidského obličeje spočívá jak ve změnách tvaru a velikosti v průběhu stárnutí, tak i v tvarové a velikostní odlišnosti mezi pohlavími. Na vzhledu obličeje se také projevují socioekonomické poměry. Prokázalo se, že vliv socioekonomického faktoru silně ovlivňuje vzhled měkkých tkání obličeje – špatné nutriční podmínky a patologická ztráta podkožního tuku dává obličeji daleko starší vzhled; obézní jedinci mají i obéznější obličej (Bamforth, 2012). Navíc je variabilita obličeje silně ovlivněna genetikou, což je podpořeno mnohými studiemi, které srovnávaly sourozenecké páry a dvojčata (Naini a Moss, 2004; Weinberg et al., 2013). Znalost variability jednotlivých znaků je potřebná pro zpřesňování identifikačních metod ve forenzní antropologii i v medicíně např. při plastických operacích (Vanco et al., 1995).
2.2.1
Příbuznost a genetická podobnost v obličeji
Na vzhledu obličeje se podílejí jak geny, tak i vliv prostředí. Podobnost rysů můžeme sledovat napříč celou rodinou (Baydaş et al., 2007; Khan, 2011). Míru dědičnosti znaku (heritabilitu) lze vyjádřit dvěma způsoby (2.1). Jednak jako heritabilitu znaku v širším slova smyslu (H 2) – broad-sense heritability, která nám udává poměr mezi variancí fenotypu způsobeného genetickými faktory (V g) a celkového rozptylu hodnot fenotypu (Vp) – ukazuje nám, do jaké míry je fenotyp vysvětlen genotypem v konkrétní populaci. A jednak jako heritabilitu v jejím užším slova smyslu (h 2) – narrowsense heritability. Ta nám udává podíl aditivní složky (Va) na celkové varianci fenotypuŘíká nám, do jaké míry je fenotyp potomků vysvětlen fenotypem rodičů. (Kohn, 1991; Urban, 2009).
(2.1.)
27
H2 může nabývat hodnoty 0-1. Pokud H2 = 0, pak je projev znaku plně závislý na vlivu prostředí. Když H2 = 1, tak je znak plně geneticky podmíněn a prostředí zde nehraje žádnou roli. Jednotlivé znaky jsou podmíněny vždy několika geny, kde míra jejich exprese se může lišit. Heritabilita je populačně specifická, záleží na frekvenci výskytu daného genu v populaci (Kohn, 1991). Míru příbuznosti lze vyjádřit tzv. koeficientem příbuznosti. Ten nám udává procentuální zastoupení genů, které spolu dva příbuzní sdílejí (Douglas a Walter, 2013; Lewis, 2007):
příbuzenský vztah
koeficient příbuznosti
dvojčata (monozygotní)
100 %
dvojčata (dizygotní)
50 %
sourozenci
50 %
rodič - potomek
50 %
strýc/teta - synovec/neteř
25 %
Koeficient příbuznosti se vypočítá podle vztahu: (2.2.)
kde n označuje počet kroků v genealogii (Urban, 2009). Mnoho studií se zabývá tématem dědičnosti určitých znaků. Baydaş et al. (2007) a Savoye et al. (2009) pro svou studii využili radiografické snímky hlavy. Naini a Moss (2004) použili 3D modely obličeje a hodnotili tak dědičnost přímých vzdáleností mezi význačnými body. V současnosti se ale začínají využívat i metody geometrické morfometrie (Weinberg et al., 2013). Nejčastěji se dědičnost obličejových rysů zkoumá na dvojčatech, kdy se porovnává skupina monozygotních dvojčat s dizygotními (Weinberg et al., 2013). Dědičností proporcí lidské tváře a také měkkých tkání se ve své práci zabýval 28
Baydaş et al. (2007). Výzkum prováděl na sourozencích pocházejících z Turecka. Soubor obsahoval celkem 138 sourozeneckých párů (oba sourozenci již měli dokončený pubertální spurt). Měření prováděl na rentgenových snímcích hlavy a získaná data porovnával metodou nejmenších čtverců. Ze svých výsledků zjistil, že sourozenci mají podobné obličejové rysy – mají podobné proporce obličeje a tloušťku měkkých tkání. Měkké tkáně jsou pod silnějším genetickým tlakem, než jsou proporce obličeje. Podobnost je způsobena nejen tím, že spolu sdílejí kolem 50% svých genů (viz. koeficient příbuznosti), ale také do jisté míry tím, že oba sourozenci se během svého života vystavovali podobným faktorům pre-, peri- a postnatálního prostředí (Baydaş et al., 2007). Podobným tématem se zabývali také Naini a Moss (2004). Zkoumali míru dědičnosti obličejových rysů. Pro své měření využili 3D optický skener. Soubor obsahoval celkem 10 monozygotních dvojčat, 10 dizygotních dvojčat stejného pohlaví. Průměrný věk probandů byl 12 let. Na 3D modelech digitalizovali 18 bodů a naměřili mezi nimi 28 linárních rozměrů. Mezi sourozenci vypočítali rozdíly naměřených vydáleností a pomocí Mann-Whitneyho testu pak porovnali navzájem obě skupiny - skupinu monozygotních a dizygotních dvojčat stejného pohlaví. Zjistili tak pro každý rozměr zvlášť P hodnotu, která určovala míru dědičnosti znaku. Na 5% hladině významnosti zjistili statisticky významné rozdíly u šířky levé oční štěrbiny (ektokantion sin.-entokantion sin.), ve vzdálenosti mezi body nasion-entokantion dx. et sin., ve výšce nosu (nasion-pronasale) a ve vzdálenostech mezi body alare dx.-subnasale, nasion-alare dx. et sin. Ze studie vyplynulo, že tyto rozměry jsou geneticky více dědičné než ostatní měřené rozměry. To se shoduje i s jejich druhým hodnocením podobnosti pomocí analýzy tvaru povrchu – nejvíce geneticky podmíněnou částí obličeje je oblast kolem očí a nosu. 3D model obličeje pro zkoumání dědičnosti obličejových rysů využil ve své práci také Weinberg et al. (2013). Studie je založena opět na porovnání skupiny monozygotních a dizygotních dvojčat (10 a 11 párů). Na každém obličeji bylo digitalizováno 13 bodů, které byly lokalizovány v blízkosti středofaciální roviny (roviny procházející body nasion, subnasale a labiale superius). Pro každý bod byly pomocí programu Landmark v3.6 získány souřadnice x, y, z. Ty byly následně v programu MorphoJ standardizovány pomocí prokrústovské analýzy. Získaná data byla dále analyzována využitím PCA (principal component analysis). Vypočítané skore hlavních komponent bylo využito pro výpočet vnitrotřídního korelačního koeficientu (ICC). Porovnáním ICC skupiny monozygotních (mz) a dizygotních (dz) dvojčat pak autoři odhadli míru dědičnosti (G): 29
(2.3.)
Weinberg et al. (2013) zjistil vysokou míru dědičnosti v celé středofaciální oblasti tzn. v oblasti kolem bodů entokantion dx. et sin., v oblasti nosu a horního rtu. Výsledky se shodovaly s jinými studiemi, které využily metody tradiční morfometrie (Clark, 1956) i s těmi, které využily 3D modely obličeje pro analýzu tvaru (Naini a Moss, 2004). V literatuře se diskutuje o tom, které geny se podílejí na utváření obličejových rysů, jak silný mají vliv a jak velký vliv má samotné prostředí. Jednoznačné závěry zatím nejsou k dispozici (Naini a Moss, 2004). Baydaş et al. (2007) uvádí, že genetické faktory mají větší vliv na tvorbu tloušťky měkkých tkání, než mají faktory prostředí (výjimku tvoří horní ret). Naopak vliv prostředí se pak více projeví na obličejových proporcích (míra dědičnosti se v tomto ohledu projeví slaběji než u měkkých tkání). Také tvrdí, že horizontální rozměry jsou více dědičné než vertikální. Vanco et al. (1995) zjistil, že tvar obličeje (jako výška, šířka a jeho konvexita) je silně podmíněný geneticky, zatímco na variabilitu nosu a rtů mají geny o něco menší vliv a spíše jsou podmíněny vlivy prostředí. Tomuto tvrzení ale částečně odporuje studie Naini a Moss (2004). Z jejich výsledků vyplývá, že některé rozměry struktur na obličeji jsou geneticky podmíněné (P<0,05) a jiné ne (nebo ne do takové míry). Nejvíce se genetický vliv projevuje na výšce, šířce nosu a šířce oční štěrbiny. Na šířce úst a výšce horního rtu se míra dědičnosti projevuje mnohem slaběji. Také zmiňují, že vertikální rozměry jsou geneticky silněji podmíněné než rozměry horizontální, což je v rozporu se studií Baydaş et al. (2007). Naopak s tímto závěrem se shodují i výsledky Weinberg et al. (2013) – tedy že vertikální rozměry jsou geneticky více podmíněné než rozměry horizontální. Z porovnání skupin monozygotních a dizygotních dvojčat stejného pohlaví pak Naini a Moss (2004) vyvozují, že nejsilněji geneticky podmíněná je trojúhelníková oblast mezi antropometrickými body ektokanthion dexter, ektokanthion sinister a subnasale. Weinberg et al. (2013) uvádí, že to je celá centrální oblast obličeje ve středofaciální rovině.
30
2.2.2
Sexuální dimorfismus obličeje
Sexuální dimorfismus (pohlavní dvoutvárnost) označuje mezipohlavní rozdíly jednoho živočišného druhu. Je přítomen u většiny živočichů s odděleným pohlavím (gonochoristé). Mezipohlavní rozdíly jsou jak genetické, gametické, gonadální, somatické tak i psychosociální. Mohou se projevit např. ve velikosti těla nebo některých jeho částí – tyto znaky se pak označují jako druhotné pohlavní znaky nebo znaky epigamní a mohou vykazovat různou míru projevu. Mnohé znaky jsou pro pozorovatele nepostřehnutelné, ale vnitrodruhově mají veliký význam a hrají důležitou roli při pohlavním výběru či v sociální struktuře (Flegr, 2009). Sexuální dimorfismus člověka je zřejmý, ale oproti jiným živočišným druhům není tak výrazný. Kromě primárních pohlavních znaků je mezi muži a ženami rozdíl ve výšce postavy, ve stavbě těla, v rozložení tuku po těle, v rozvoji svalové hmoty, v rozmístění ochlupení (Frayer a Wolpoff, 1985). Rozdíly najdeme ale i v rámci jednotlivých struktur, jako např. prsty ruky, zuby nebo nos. Některé rozdíly jsou vysvětlitelné jako fyziologická výhoda (např. rozložení tuku po těle nebo tvar pánve ženy pro snazší porod), jiné znaky mohou být důsledkem pohlavního výběru, který má selektivní význam. Na řadu znaků ale bude mít s největší pravděpodobností vliv několika faktorů zároveň, proto nejsme schopni původ těchto rozdílů jednoznačně vysvětlit (Frayer a Wolpoff, 1985). Mnohé studie se zabývají sexuálními rozdíly v obličeji, které sledují v rámci různých věkových kategoriích (Enlow, 1990; Wild et al., 2000; Sforza et al., 2011). Jak obličejové proporce, tak úhly a další rozměry se s věkem mění. Jejich variabilita je zaznamenána i mezi různými etniky a mezi muži a ženami. Navíc se muži a ženy ve většině rozměrů liší i svým vývojovým gradientem – totiž, že některé rozměry se zvětšují rychleji a dříve u mužů než u žen nebo opačně (Prendergast, 2012). Enlow (1990) ve své práci publikoval názor, že dívky a chlapci do věku 13 let se v obličeji od sebe příliš neliší (tzn., že do 13 let nezaznamenáváme v obličejových rysech významný sexuální dimorfismus). Enlow se však ve svých studiích zabýval růstem a sexuálními rozdíly kostěného podkladu obličeje a nebral v úvahu měkké tkáně (svaly, podkožní tuk a podkožní vazivo), které mohou mít vliv při rozeznávání pohlaví podle obličeje. Jako důležitou charakteristikou obličeje, podle které je daleko snazší rozeznat pohlaví je např. velikost nosu (Wild et al., 2000). Základ pohlavních rozdílů lidského obličeje se utváří již během embryonálního 31
vývoje. Během puberty a v období adolescence se vlivem hormonů a rozdílnému růstu rozdíly výrazně prohlubují (Bulygina et al., 2006). V dospělosti jedince jsou již pohlavní rozdíly v obličeji poměrně výrazné. Některé znaky jsou patrné na první pohled, o jiných víme spíše z antropometrických výzkumů (Jones, 1996; Wild et al., 2000). Mužská tvář se během vývoje mění více než tvář ženy. Mužům se více zvětšuje nos a střední část obličeje; nakonec mají muži širší, delší a méně kulatý obličej než ženy. Jejich brada je hranatější, tváře širší. Obočí klesá pod nadočnicový val, zvětšuje se chrupavčitá část nosu a uší, naopak tuková tkáň na rtech s přibývajícím věkem ubývá a rty se tak zužují. Tuková tkáň u mužů ubývá i na tvářích, proto se pak zvýrazňují jejich rysy. U žen se poměrně dlouho zachovávají znaky dětského obličeje – celkově je obličej kulatější, nos je menší, oči široké. Tuková tkáň na rtech neubývá tak výrazně (Jones, 1996; Wild et al., 2000). Sforza et al. (2009a, 2009b, 2010, 2011) se ve své průřezové studii zabývá jak pohlavními rozdíly, tak věkovými změnami oblasti očí, nosu, rtů a uší. Do výzkumu bylo zahrnuto přes 500 mužů a přes 350 žen italského původu ve věku 4-73 let. Na obličeji bylo definováno celkem 50 bodů, které vypovídají o tvaru oční štěrbiny, nosu, ústech, uších a o celkovém tvaru obličeje. Trojrozměrné souřadnice digitalizovaných bodů byly následně využity pro hodnocení obsahu (mm3), plochy (mm2), lineárních vzdáleností (mm), poměrů (%) a úhlů (stupně). Antropometrické body v očnicové krajině, které použila ve své studii Sforza et al. (2009b) jsou vyzančené na obr. 15. Jejich naměřené hodnoty vzdáleností bodů ektokantion a entokantion (ex-ex, en-en),
délky pravé a levé oční štěrbiny (en-ex),
inklinace pravé a levé oční štěrbiny (úhel svíraný spojnicí bodů en-ex a horizontální rovinou při přirozeném postavení hlavy) vykazovaly větší hodnoty u mužů než u žen a to ve všech věkových kategoriích. Výška oka a poměr výšky oka k jeho šířce se ukázali jako na pohlaví nezávislé hodnoty (jejich variabilita závisí především na věku jednice - viz kap. Věkové změny v obličeji). V očnicové oblasti lze sledovat také rozdíly v umístění a tvaru obočí. Zatímco muži mají obočí umístěné na supraorbitálním okraji očnice a jeho tvar je výrazně horizontální, obočí žen tvoří oblouk a je umístěno výše (Prendergast, 2012).
32
Obr. 15: Digitalizované body použité pro hodnocení věkových změn očnicové krajiny zvlášť pro muže a pro ženy (body jsou pravo- i levostranné): ex-ektokantion, enentokantion, or-orbitale inferius, os-orbitale superius, t-tragion; upraveno (Sforza et al., 2013)
Pro srovnání nosů mužů a žen využila Sforza et al. (2011) body zobrazené na obr. 16. Porovnáním naměřených hodnot u mužů a u žen zjistila, že muži mají větší objem a stejně tak i plochu nosu (obojí ohraničeno body n, ac dx., sn, ac sin.), lineární vzdálenosti i poměr šířky nosu k jeho výšce. Nenašla však žádný rozdíl mezi muži a ženami v porovnání velikosti úhlů (prominence nosu: sn-n-prn, interalární úhel: al dx.prn-ald sin., úhel špičky nosu: n-prn-sn) a v poměru protruze špičky nosu k výšce nosu (prn-sn/n-sn). Nos u dospívajících dívek se začíná zvětšovat dříve než u stejně starých chlapců.
33
Obr. 16: Digitalizované body použité pro hodnocení věkových změn nosu zvlášť pro muže a pro ženy: n-nasion, sn-subnasale, prn-pronasale, ls-labiale superius, al-alare (dx. et sin.), ac-nejlaterálnější bod nosního křídla (dx. et sin.), itn-nejníže položený bod nosní dírky (dx. et sin.), stn-nejvýše položený bod nosní dírky (dx. et sin.); upraveno (Sforza et al., 2011)
Morfologie rtů je výrazně variabilní. Na jejich velikosti a objemu se projeví i vliv gravidity, obezity a hormonálních změn (např. menopauza u žen). Plné prominující rty u žen jsou silně atraktivním prvkem. Jejich plnost je pod vlivem estrogenu, proto silnější rty ukazují na vyšší fertilitu ženy (Sforza et al., 2012b). Sforza et al. (2010) porovnávala rozměry mužů a žen naměřené mezi body, které jsou zobrazeny na obr. 17. Zjistila, že šířka úst (ch-ch), šířka filtra (cp-cp), celková výška rtu (sn-sl) je větší u mužů než u žen a to ve všech věkových kategoriích. Ale poměr výšky vermilionu (červená část rtu) k šířce úst (ls-li/ch-ch) je větší u žen. Během dětství je tento poměr větší u dívek, během dospívání je větší u mužů a v dospělosti opět u žen. K podobným výsledkům dospěl i Anic-Milosevic et al. (2010) ve své studii, ve které porovnával mužské a ženské proporce v dolní třetině obličeje. Zjistil, že výška horní a dolní části vermilionu (ls-sto, sto-li) je u obou pohlaví stejná, nicméně výška celého 34
dolního (sl-sto) a horního rtu (sn-sto) je u mužů větší. U obou pohlaví je horní část vermilionu (ls-sto) vyšší než část dolní (sto-li). Poměr výšek horní části vermilionu k celkové výšce rtu (ls-sto/sn-sto) je větší u žen.
Obr. 17: Digitalizované body použité pro hodnocení věkových změn rtů zvlášť pro muže a pro ženy: sn-subnasale, ls-labiale superius, sto-stomion, li-labiale inferius, sl-sublabiale, cph-crista philtri (dx. et sin-), ch-cheilion (dx. et sin.), upraveno; upraveno (Sforza et al., 2010)
Ušní boltec představuje další individuální znak, který lze využít pro osobní identifikaci. Jeho struktura a růst je sexuálně dimorfní, nicméně rozdíly jsou patrné až od dvou let života jedince. Do té doby jsou rozměry velice podobné. Sforza et al. (2009a) pro výzkum rozdílů mezi muži a ženami využila body zobrazené na obr. 18. Všechny naměřené hodnoty lineárních rozměrů (pra-pa, sa-sba) jsou větší u mužů než u žen ve stejné věkové kategorii. Ale žádné rozdíly nebyly nalezeny v porovnání úhlů (úhel svíraný spojnicí bodů t-pa a sagitální rovinou procházející bodem nasion, která je kolmá na linii spojující oba ektokantiony), poměrů šířky k délce boltce (pra-pa/sa-sba) a v indexu
35
symetrie. Výška ušního boltce se jak u mužů, tak u žen zvětšuje více než jeho šířka. U žen zjistila symetrii v lineárních rozměrech pravé a levé strany, ale úhel ušního boltce k středofaciální rovině byl na levé straně větší než na straně pravé. U mužů pak zjistila asymetrii v šířce ušního boltce (pra-pa) a stejně tak i asymetrii již zmíněného úhlu, kdy oba rozměry byly na levé straně větší než na pravé. Poměr šířky k délce boltce (pra-pa/sa-sba) byl naopak na straně pravé větší než na levé.
Obr. 18: Digitalizované body použité pro hodnocení věkových změn ušního boltce zvlášť pro muže a pro ženy: t-tragion, pra-preaurale, sa-superaurale, pa-postaurale, sbasubaurale. (Sforza et al., 2009a)
Mechanismy jakými jsme schopni obličej správně klasifikovat – tzn. určit podle něj pohlaví jedince, se zabývala Wild et al. (2000). Z psychologických výzkumů je zřejmé, že pohlaví jedince určujeme podle nám známých kulturních stereotypů – např. podle šperků, oblečení, účesu apod. V případě, že se setkáme s diametrálně odlišnou kulturou, kde neznáme jejich zvyky, můžeme mít se správným zařazením jedince obtíže. Totéž platí i pro vyhodnocování biologických znaků (Abdi et al., 1995). Wild et al. (2000) poskytla dětem ve věku 7 a 9 let a skupině dospělých soubor fotografií deseti snímků dětských obličejů ve věku 7-10 let a dvaceti snímků dospělých obličejů ve věku 20-29 let. A požádala je, aby se pokusili fotografie správně rozřadit podle pohlaví. Zjistila, že obličeje dospělých osob byly všemi věkovými skupinami určeny s větší přesností než obličeje dětské.
36
2.2.3
Věkové změny v obličeji
S růstem skeletu každého člověka samozřejmě dochází také k růstu měkkých tkání. Během vývoje pozorujeme změnu velikosti jednotlivých struktur, dochází i ke změně jejich tvaru (např. se mění prominence nosu). Mezi věkové změny samozřejmě patří i změna textury, elasticity a pružnosti kůže, mění se vrstva podkožního tuku a jeho rozložení (Bamforth, 2012; Ulijaszek, 1998). Dochází také k prohlubování rozdílů mezi muži a ženami (viz kap. Sexuální dimorfismus obličeje). Zachytit věkové změny měkkých tkání je poměrně náročné. Z počátku dochází jen k pomalému růstu, který se od cca 7 let jedince zrychluje, dochází k pubertálnímu spurtu a kolem 25 roku života znovu ustává. Nicméně věkové změny pokračují po celý život. Obočí sestupuje do nižších poloh, což dělá dojem, že se oční štěrbina zmenšuje; chrupavky rostou po celý život, takže struktury s chrupavčitým podkladem (nos, ucho) se s věkem zvětšují. Naopak ústa se zužují díky ubývání podkožního tuku (Bamforth, 2012; Jones, 1996; Taylor, 2001). Existuje mnoho antropometrických studií, které se zabývají věkovými změnami v obličeji. Jednou z nich je studie Bulygina et al. (2006). Práce představuje longitudinální studii, ve které byly porovnávány radiografické snímky hlavy 14 mužů a 14 žen. Snímky byly pořizovány v 1, 3, 9, 12 měsících a následně každý rok až do 21 let jedince. Z výsledků vyplývá, že od tří let jedince se jeho morfologické charakteristiky obličeje již příliš nemění. Tzn., že do tří let života se člověku utvářejí obličejové rysy, které jsou pro něj v dospělosti charakteristické. Sforza et al. (2009a, 2009b, 2010, 2011), jak bylo zmíněno v kapitole Sexuální dimorfismus obličeje, studovali i věkové změny v oblasti očí, nosu, rtů a uší. Pro hodnocení byly využity antropometrické body zobrazené na obr. 15, 16, 17, 18. Studie je sice zaměřena na měření jedinců z italské populace, nicméně z jejich srovnání vyplývá, že trendy věkových změn v obličeji se mezi různými etniky kavkazoidních populací příliš neliší (Sforza et al., 2011). Z výzkumu Sforza et al. (2009b) je patrné, že s přibývajícím věkem se všechny rozměry v očnicové krajině zvětšují. Věkové rozdíly nejsou ale tak výrazné jako u jiných struktur (nos, ucho), které mají chrupavčitý podklad. K největším změnám ve velikosti dochází samozřejmě během dětství a během dvaceti let dosáhnou všechny rozměry 90% své konečné velikosti. Výška oka (os-or) a poměr výšky oka k jeho šířce (os-or/en-ex) se ukázali jako hodnoty na pohlaví nezávislé, ale jejich variabilita je způsobena právě 37
věkovými rozdíly. Podle Beden a Beltram (2012) se vzdálenost mezi body ektokantion a entokantion nejvíce zvětšuje do 20 let života, po dosažení 45 let se opět mírně zmenšuje. Tyto poznatky jsou v rozporu se studií Sforza et al. (2009b) a některými dalšími, které zmiňuje Beden a Beltram (2012). S přibývajícím věkem dochází k poklesu vnějšího koutku a zmenšuje se tak úhel mezi horizontální rovinou a spojnicí obou očních koutků. Výška oční štěrbiny zůstává po dosažení 20 let konstantní (Beden a Beltram, 2012; Park a Oh, 2012). Plocha, objem i lineární vzdálenosti nosu se s přibývajícím věkem zvětšují, ale úhel špičky nosu (n-prn-sn) se zmenšuje a stává se ostřejším – prominence špičky nosu se zvětšuje. Poměry (prn-sn/n-sn, al-al/n-sn) ani úhly (sn-n-prn, al dx.-prn-ald sin.) se s věkem nemění. Rozměry se mění i po 20 roku života, nicméně rychlost změn již není taková jako do 20 let života (Sforza et al., 2011). Vertikální rozměry nosu se zvětšují rychleji než horizontální – od dětství do dospělosti se téměř zdvojnásobí. Nejvýraznější změny ve velikosti zaznamenali Sforza et al. (2012c) ve velikosti filtra (sn-ls). Horizontální rozměry (jako al-al) tolik nepodléhají věkovým změnám, za to jsou daleko více sexuálně dimorfní (muži mají širší a větší nos než ženy) (Sforza et al., 2012c). Sforza et al. (2010) uvádí, že šířka úst (ch-ch) a objem rtů se s věkem stále zvětšuje, přestože po dosažení dospělosti již není tento nárůst tak výrazný. Celková výška rtu (sn-sl) se s věkem také zvětšuje, ale již během dospívání dosahuje své téměř maximální velikosti. Výška dolní a horní části vermilionu (ls-sto, sto-li, ls-li) se zvětšuje až do dospělosti (tj. asi do 20 let) a pak se začne opět postupně zmenšovat, jak ubývá podkožního tuku (u mužů výška vermilionu klesá rychleji než u žen). Poměr výšky vermilionu k šířce úst (ls-li/ch-ch) se s věkem zmenšuje. Tvar brady se začíná utvářet kolem čtyř let, v jedenácti se začíná pomalu projevovat pohlavní dimorfismus – brada mužů se stává maskulinnější, tedy hranatější. V patnácti se zvětšuje její prominence (Taylor, 2001). Ušní boltec představuje další strukturu, která se mění po celý lidský život. Poměr šířky k délce boltce (pra-pa/sa-sba) a úhel ušního boltce k středofaciální rovině se během stárnutí zmenšuje. Naopak lineární rozměry (pra-pa, sa-sba) se s přibývajícím věkem zvětšují. Zajímavé je, že během prvních pěti let života dosáhne délka ušního boltce (sasba) asi 90% své celkové velikosti (u žen dosáhne 90%, u mužů jen asi 85% své výsledné velikosti), takže další růst je již minimální. Ve věku 65-80 let je jeho délka zvětšena až na 118-120% (jako 100% velikost jsou brány rozměry ve věku 18-30let). Daleko rychleji roste ušní boltec do délky než do šířky (Purkait, 2012; Sforza et al., 2009a). Protože se 38
velikost ušního boltce s přibývajícím věkem stále mění, uvádí se, že jeho použitelnost pro verifikaci nebo identifikaci je jen do 60 let. Následně by se databáze měla obnovovat daleko častěji, protože právě ve stáří dochází k největším změnám v jeho délce (Purkait, 2012). Výskyt rýh a vrásek na obličeji je silně ovlivněn věkem jedince. U osob mladších dvaceti let jsou patrné jen náznaky rýh, které mají genetický podklad. S přibývajícím věkem se objevují další rýhy a vrásky, které se také s věkem prohlubují – ve třiceti letech se objevují vrásky na čele a vrásky kolem očí, ve čtyřiceti letech se objevují vrásky kolem uší, v padesáti se všechny rýhy prohlubují, kolem šedesáti let přibývají vrásky na horním rtu a na nose až nakonec dochází k vrásčitosti celé tváře. Znak je individuálně specifický – někteří lidé mají větší sklon k vrásčitosti než jiní (Fetter, 1967).
39
2.3
PRAKTICKÉ VYUŽITÍ MORFOLOGIE OBLIČEJE
Přestože na základě příbuzenských vztahů lze najít v obličeji podobné charakteristiky, jen stěží najdeme dva zcela identické obličeje. Výjimkou jsou monozygotní dvojčata, která spolu sdílí 100% genů (Lewis, 2007). Pouhým aspektivním zhodnocením podobnosti geneticky příbuzných jedinců by ale v některých případech mohlo dojít až k jejich záměně. Pokud však pro vyjádření jejich podobnosti použijeme číselné charakteristiky, dostaneme objektivní výsledek, na jehož základě lze záměnu osob vyloučit. Pro kvalitní popis obličeje je zapotřebí dobře znát jeho morfologii, vývoj během procesu stárnutí, etnické a sexuální rozdíly i vlivy, které působí na jeho formování (genetické faktory a faktory prostředí). Kvantitativní hodnocení morfologie obličeje nám tedy poskytuje objektivní a spolehlivé informace. Znalost normálního vývoje, velikostních a tvarových parametrů obličeje lze využít při diagnóze různých genetických onemocnění (Deutsch et al., 2012). Obličej nebo jeho jednotlivé struktury u takto postižených lidí bývají často asymetrické, a mají abnormální tvar. Např. pro člověka s Downovým syndromem je typický mongoloidní tvar očí a malý ušní boltec s odstávajícím ušním lalůčkem (Sforza et al., 2009a). Projevy genetických onemocnění na morfologii obličeje se ve své studii zabýval např. Hammond et al. (2004). Znalosti vývoje a dalších charakteristik obličeje se v medicíně také využívají v plastické chirurgii při léčbě traumat a při odstraňování různých tvarových deformací (Bamforth, 2012; Sforza et al., 2011). Nemalý význam má znalost morfologie obličeje také v oblasti kriminalistiky při identifikaci osob. A to např. v souvislosti s určením totožnosti osoby postmortem (kde je nutné brát v úvahu dekompoziční změny, které mění vzhled obličeje) (Bamforth, 2012) anebo při identifikaci podezřelého ze záznamového zařízení. S ohledem na věkové změny proběhnuté ode dne pohřešování osoby lze také podle dostupných fotografií sestavit její současný portrét, který usnadní samotné pátrání (Deutsch et al., 2012; Taylor, 2001).
40
2.3.1
Identifikace podle obličeje
Ve forenzní antropologii se rozlišuje význam rekognice (tj. proces, při kterém dochází k rozpoznání somatických znaků; je prováděna laiky jako např. příbuznými oběti či svědky zločinu), verifikace (tj. proces ověřování totožnosti) a identifikace (Thompson et al., 2007; Urbanová, 2010). Identifikace je proces, při kterém se hledají shodné a rozdílné znaky mezi dvěma a více jedinci – je to porovnání 1:n („One-to-many matching“) (Rak et al., 2008). V kriminalistice slouží identifikace k prokázání totožnosti osoby. Jedná se o multidisciplinární proces, který v sobě zahrnuje vědní obory jako je daktyloskopie, soudní lékařství, odontologie nebo forenzní genetika (Rak et al., 2008). Biologické znaky, které jsou využívané při samotném procesu identifikace lze rozdělit na znaky statické (tj. znaky, které se v průběhu času výrazně nemění - typ postavy, tvar oční štěrbiny) a dynamické (tj. znaky, které charakterizují chování jedince chůze, gesta). Dále pak rozlišujeme znaky morfoskopické (znaky vizuální, na nichž se zakládá typologie), morfometrické (znaky hodnotící tvar) a metrické (tj. znaky hodnotící velikosti jednotlivých struktur) (Fetter, 1967). Pro určování biologického profilu (věk, pohlaví, populační afinita) se využívají znaky skupinové. Naproti tomu jsou znaky individuálně specifické, které mohou být buď vrozené (jako mateřská znaménka aj.) anebo získané (jizvy, pigmentace, vrásky atd.) (Urbanová, 2010). O pozitivní identifikaci mluvíme tehdy, kdy není pochyb, že osoba A (zachycená na záznamu – video, fotografie atd.) je ta stejná osoba jako jedinec B ve skutečnosti. Abychom však došli k pozitivní identifikaci je potřeba najít určitý specifický znak (např. jizvu). Nemáme-li tento specifický znak, pak se jedná o možnou identifikaci; chybíli znaky vhodné pro porovnávání, jedná se o identifikaci nedostatečnou. A zjistíme-li, že jedinec A má určitý specifický znak, ale osoba B tento znak nemá, jedná se o identifikaci negativní (tedy tvrdíme, že osoba A ze záznamu není osobou B ve skutečnosti) (Thompson et al., 2007). Za zakladatele metody identifikace je považován Louis Alphonse Bertillon (18531914). Pro svou studii tehdy využil závěry Lamberta Adolpha Quételeta, který tvrdil, že pravděpodobnost výskytu dvou jedinců se stejnou výškou postavy je 1:4. Bertillon měřil celkem 11 rozměrů lidského těla, čímž se pravděpodobnost výskytu dvou jedinců se stejnými parametry snížila na pouhých 1:4 191 304 (Louis Alphonse Bertillon, n.d.). Bertillon svou identifikační metodu (bertillonáž) navíc doplnil o podrobný popis obličeje
41
a jeho fotografii a zavedl tak termín „portrait parlé“. Záznamová karta jedince tedy obsahovala nejen datum narození, kriminální historii, tělesné míry apod., ale také slovní popis obličejových částí (jako tvar nosu, tvar uší, jizvy, znaménka) a fotografie (tzv. „trojdílku“ - fotografie z pohledu en-face, z profilu a z poloprofilu) zhotovené za standardizovaných podmínek (Louis Alphonse Bertillon, n.d.). Identifikační metody lze rozdělit podle oblasti využití na forenzní a bezpečnostněkomerční. Obě oblasti využití identifikačních metod se liší v míře automatizace použité metody, době zpracování dat, dostupnosti dané metody, cenou používaných technologií a také důsledky při chybné identifikaci (Rak et al., 2008). Zatímco bezpečnostně-komerční systémy založené na verifikaci kladou důraz především na rychlost samotného procesu se zachováním optimální hladiny spolehlivosti, pro správnou identifikaci jedince ve forenzní praxi je nutná maximální přesnost a spolehlivost dané metody (Rak et al., 2008; Urbanová, 2010). To je samozřejmě také významně ovlivněno zkušenostmi odborníka provádějícího analýzu. Pro identifikaci jedince podle obličeje je nutné mít obrazový záznam. K tomuto účelu poslouží fotografie nebo např. videozáznam z bezpečnostních kamer. Díky tomu pak lze porovnávat obličej pachatele ze záznamu s potenciálním viníkem (Thompson et al., 2007). Protože obrazový záznam je přímým důkazem použitelným u soudu k prokázání viny obžalovaného, je potřeba získat co nejkvalitnější záznam. Ten je ovlivněn jak vlastnostmi přístroje, tak jeho umístěním v prostoru a dalšími faktory (např. osvětlení, pořízení záznamu z neobvyklého úhlu). V současné době se klasické bezpečností kamery nahrazují digitálními, které mají lepší rozlišení. Nicméně tendencí vlastníků je pořídit co nejlevnější kameru a to i na úkor kvality záznamu. Často je také umístěna ve větší vzdálenosti, tedy jen stěží zachytí přesné detaily pachatele. Vlivem všech těchto faktorů dochází ke zkreslení rozměrů, které tak mají vliv na správnou identifikaci osoby (Thompson et al., 2007). Jiným faktorem, který může mít negativní vliv na určení totožnosti osoby je nesprávná detekce obličeje na záznamu. Rozpoznávání tváře je přirozený proces pro každého z nás. Už novorozenec je schopný po dvou dnech rozeznat známé tváře (Blažek, 2009). Základem správné detekce je izolace obličeje od pozadí. Dnes se již pro tento účel využívají počítačové aplikace, které umí rozpoznat „face-like“ oblasti jako je FERET (Woodward et al., 2003). Nejprve se na záznamu lokalizuje oblast obličeje. Následně se zpracovává pouze tento vymezený prostor, kde jsou automaticky vyhledávány známé tvary jako oči, ústa, nos (tvar těchto struktur je stabilní a lze jej tedy snáze 42
matematicky popsat). Poté jsou vyhledávány charakteristické znaky, měří se biometrické veličiny a vytváří se normalizovaný model (Kriminalistika.unas.cz, n.d.). Správné rozpoznání obličeje na obrazových záznamech nebo ve verifikačních zařízeních je poměrně složitým procesem, který musí brát ohled na širokou variabilitu znaků, která je mimo jiné způsobena i používáním mimických projevů (Razdan et al., 2007). V současnosti dochází k rychlému rozvoji 3D technologií a tím i ke vzniku takových projektů, které se zabývají právě morfologií lidského obličeje a jeho variabilitou. Jedním z projektů, který se tímto tématem zabývá je PRISM. Ten vznikl v roce 2002 na Univerzitě v Arizoně. V rámci projektu se vytváří databáze 3D modelů lidských obličejů s různými výrazy (Razdan et al., 2007). Cílem projektu je nalezení vhodného a rychlého algoritmu, díky kterému budeme schopni automaticky získat charakteristický popis obličeje (osoba má modré oči, velký nos, kulatý obličej apod.), který nebude ovlivněn použitím lidské mimiky (PRISM, n.d.). Po rozpoznání obličeje na záznamu a jeho normalizaci následuje samotná identifikace dané osoby – jsou prohledávány databáze fotografií se známými tvářemi (např. zločinců) a porovnávají se určité parametry (Woodward et al., 2003).
2.3.2
2D versus 3D záznamy obličeje
Tématem mnohých diskuzí je srovnávání použitelnosti 2D a 3D záznamů pro identifikačně-verifikační úlohy. Zastánci dvourozměrného zpracování obrazu tvrdí, že je to vhodnější formát pro počítačové zpracování a že je to přirozené vnímání videokamer a fotoaparátů. Na druhé straně zastánci třírozměrného zpracování obrazu argumentují tím, že 3D obraz nám poskytuje větší množství informací, lépe odpovídá běžnému vnímání okolí (Rak et al., 2008). 3D záznamy obličeje tak představují neinvazivní metodu sběru dat. Výhodou je, že digitalizace význačných antropometrických bodů na takovýchto skenech lze snadno opakovat (oproti měření prováděných přímo na živém jedinci) a je také daleko přesnější než např. na 2D záznamu (na fotografii). Proto se v současnosti tyto 3D záznamy využívají např. v medicíně k znázornění pooperačních změn aj. (Landes et al., 2012). Další výhodou 3D záznamu je také možnost měření hloubkových rozměrů, což 2D záznam neumožňuje (Etöz a Ercan, 2012). 43
3D záznamy mají ovšem také určitá omezení podobně jako 2D záznamy. Při srovnávání tváří dvou jedinců musíme brát v úvahu různá měřítka jednotlivých modelů. Také srovnávací prostor obličeje je omezený - většinou je na modelu zachycena oblast od ucha k uchu a případně i část krku; některé partie však mohou být zakryty vlasy nebo vousy. Také samotný výraz tváře nebo jiný náklon hlavy může způsobit, že dva různé skeny stejného člověka se mohou lišit. Proto je vhodné porovnávat takové oblasti tváře, které nejsou příliš ovlivněné změnou výrazu, pozicí hlavy a nejsou zakryty vousy či vlasy a přesto jsou charakteristické a unikátní pro každého jedince (Razdan et al., 2007).
2.3.3
Identifikační metody
Všechny identifikační metody se zakládají na hledání významných rozdílů mezi dvěma jedinci (Thompson et al., 2007) a pracují s těmi charakteristikami, které jsou jedinečné, stálé a dobře měřitelné a porovnatelné (Rak et al., 2008). Prvním krokem v procesu identifikace je zhodnocení jasných odlišností dvou obličejů. Je třeba brát v úvahu věkové změny, líčení, stín, účes nebo možnost maskování. Pokud nejsou nalezeny evidentní
rozdíly,
porovnávají
se
vzájemně
jednotlivé
antropometrické
body
(„landmarks“). K jejich správnému určení je však nutné dobře znát morfologii samotného obličeje (Thompson et al., 2007). Při identifikaci osob se využívají metody morfoskopické a morfometrické.
2.3.3.1
Morfoskopické metody
Morfoskopická metoda je metodou popisnou a subjektivní. Některé znaky nelze změřit ale je možné je popsat a zachytit tak jejich variabilitu. Popisem variability znaku se zabývá somatoskopie, která je založena na standardizovaném popisu tělesných znaků (Fetter, 1967). Nejstarší identifikační morfoskopickou metodou je portrétní identifikace, která se v praxi stále používá. Metoda je založena na slovním popisu jedince (např. svědek zločinu popisuje pachatele), který je doplněn o grafický záznam (Rak et al., 2008). K sestavení portrétu pachatele podle svědecké výpovědi se používají tzv. identikity, což jsou sady folií s různými prvky obličeje. Jejich skládáním pak vzniká portrét hledané osoby. Identikit je 44
vždy černobílý a využívá se jen pro pohled z en-face (Portál Bezpečný kraj, n.d.). S využitím počítačové techniky se nám otevírají nové možnosti (už samotné sestavování portrétu je daleko rychlejší než pomocí identikitů a trvá v průměru asi 20-60 min) (Rak et al., 2008). Policie ČR v současnosti pro tyto účely využívá program PORIDOS, který byl vytvořen Kriminalistickým ústavem Praha a který je využíván od roku 1993 (Policie České republiky, n.d.). PORIDOS (portrétní identifikace osob) oproti klasickým identikitům umožňuje úpravu prvků – např. je možné zobrazit ústa tenčí než je jejich původní tvar (Portál Bezpečný kraj, n.d.).
2.3.3.2
Morfometrické metody
Morfometrické metody se využívají k popisu a porovnání tvaru jednotlivých struktur nebo k analýze jejich tvarových změn během vývoje. Základem těchto metod je matematické a statistické zpracování dat (Zelditch, 2004). Výhodou je celosvětové rozšíření metod a standardizované definice používaných antropometrických bodů. Na tomto základě je možné provádět různá populační srovnání. Nejvíce srovnávacích souborů existuje pro kavkazoidní populace (Fetter, 1967). Morfometrické metody lze rozdělit na tradiční a geometrickou morfometrii.
Tradiční morfometrie Tradiční morfometrie představuje nejstarší kvantitativní neinvazivní metodu, kterou lze využít jak na přímé měření probandů, tak i na měření různých rozměrů na 2D záznamech nebo digitálních 3D modelech. Těmito postupy nelze jednoduše znázornit tvar objektu, protože mezi jednotlivými prvky není zachována geometrická informace (Zelditch, 2004). Tradiční morfometrie nám poskytuje pouze informaci o velikosti. Měřením vzdáleností mezi antropometrickými body a určováním rozměrů jednotlivých struktur na 2D záznamech obličeje se zabývá fotogrammetrie (Thompson et al., 2007). Protože často neznáme vlastnosti záznamového přístroje a jeho umístění v prostoru,
porovnávají
se
relativní
vzdálenosti
mezi
antropometrickými
body
vyznačenými na srovnávaných portrétech. Tzn., že se jeden z rozměrů (např. glabellagnathion) určí jako 100% vzdálenost; ostatní rozměry se následně podle toho procentuálně 45
přepočítávají (Thompson et al., 2007). Relativní vzdálenosti na fotografii osoby A se porovnají s relativními vzdálenostmi na fotografii osoby B. Je-li rozdíl minimální, pak se může jednat o totožné jedince. Nicméně toto rozhodnutí stále není jednoznačné, protože podobné relativní vzdálenosti můžeme nalézt u více jedinců v populaci. Proto se ještě dodatečně provádí přesné měření několika bodů, kde každé měření je alespoň desetkrát zopakováno, aby se tak eliminovala chyba měření (Thompson et al., 2007). V závislosti na poloze obličeje vůči fotoaparátu dochází k prostorovému zkreslení: pořízené fotografie mohou mít odlišné měřítko, ke zkreslení dojde také vlivem odlišných světelných podmínek, optickou vadou čoček fotoaparátu apod. (Rak et al., 2008; Urbanová, 2010). Často bohužel máme k dispozici jen právě fotografie pořízené z nestandardních úhlů nebo z nedostatečné vzdálenosti od objektivu. Také při srovnávání fotografie mrtvé osoby musíme zvážit použitelnost metrické metody – pro takové účely lze použít jen fotografie z časného postmortem intervalu, kdy ještě nedošlo k výrazným dekompozičním změnám (Štefan, 2012). Při porovnání naměřených hodnot se tedy musí přihlížet k možným vnějším a vnitřním faktorům ovlivňujícím organismus – je třeba brát v úvahu věkové změny, změnu hmotnosti, změnu výrazu obličeje, dekompoziční změny, úrazové a patologické změny, chirurgické zákroky, ale také technické parametry fotoaparátu, světelné podmínky při pořizování fotografie aj. (Štefan, 2012). Přenosem dat do virtuálního prostředí (využitím 3D modelů) máme oproti přímému měření na probandech tu výhodu, že digitalizací získáme x, y, z souřadnice jednotlivých význačných bodů, které můžeme použít pro další charakteristiky. Ty nám umožní komplexnější pohled na danou strukturu. Ze souřadnic můžeme zjistit jak lineární vzdálenosti, tak úhly, můžeme vypočítat obsah nebo povrch dané struktury atd. Další výhodou měření na 3D modelech je možnost opakování digitalizace bodů, což nám poskytuje informaci o chybě našeho měření (Hammond et al., 2004; Sforza et al., 2012a). V porovnání s mladší geometrickou morfometrií, má tradiční morfometrie několik nevýhod (Urbanová a Králík, 2009; Zelditch, 2004): 1. poskytuje jen představu o velikosti objektu; o tvaru nám dává jen značně redukovanou informaci 2. vzájemná závislost měřených rozměrů zvyšuje i jejich korelaci – v mnoha případech má totiž několik měřených rozměrů jednoho objektu stejný počátek 3. jeví se jako nedostatečná pro hodnocení homologie lineárních parametrů – např. při srovnávání stejných parametrů u různých vývojových stádií organismu 46
4. neposkytuje přesnou informaci o tom, kde je největší variabilita mezi zkoumanými objekty 5. umožňuje hodnocení pouze omezeného množství měřitelných parametrů
Geometrická morfometrie Geometrická morfometrie využívá virtuální prostředí. To umožňuje zabývat se takovými analýzami, které metody tradiční morfometrie nedovolovaly. Od 90. let 20. stol. došlo ke značnému rozvoji 3D záznamových technologií (jako optických skenerů, digitizérů apod.) a tím i k rozvoji metodologických postupů. Ty nám umožňují porovnávat tvarové rozdíly mezi zkoumanými objekty, což je posun od tradiční morfometrie, která nám poskytuje informaci jen o velikosti objektu. Výhodou geometrické morfometrie je větší přesnost než u metod tradiční morfometrie a poskytnutí představy o tvaru analyzovaného objektu. Také tvarové proměnné jsou na sobě nezávislé, a tedy se vzájemně neovlivňují. V geometrické morfometrii rozlišujeme dvě základní metody a to metodu analýzy význačných bodů a metodu analýzy obrysů (Richtsmeier et al., 2002; Urbanová a Králík, 2009). Pro obě metody je nejprve třeba získat vstupní data (souřadnice bodů), následně je potřeba měřené objekty standardizovat (to je zajištěno řadou transformací, při kterých dochází k prostorovému otočení a zvětšování či zmenšování daného objektu). A teprve po standardizaci objektu je možné přistoupit ke statistickému hodnocení tvaru (Urbanová a Králík, 2009; Urbanová, 2010). Význačné body jsou přesně definované antropometrické body, které si na všech zkoumaných tvářích odpovídají. Každý bod je určen x, y, z souřadnicemi. Všechny vyznačené body jednoho obličeje tvoří tzv. konfiguraci bodů (Urbanová a Králík, 2009). Vstupní data (souřadnice význačných bodů) srovnávaných objektů, které vstupují do analýzy tvaru, jsou ovlivněny polohou v prostoru a svou velikostí. Proto je nutné objekty standardizovat. Nejčastěji se využívá metodika související s velikostí centroidu. Centroid je bod, který představuje geometrický střed objektu. Velikost centroidu je určena čtvercem vzdáleností všech význačných bodů od centroidu (Richtsmeier et al., 2002; Zelditch, 2004). Metodou
standardizace
založené
na
velikosti
centroidu
je
prokrústovská
superimpozice (prokrústovská analýza). Ta zahrnuje takové transformace, které
47
minimalizují euklidovské vzdálenosti mezi analogickými význačnými antropometrickými body jednotlivých konfigurací. Jinými standardizačními metodami jsou např. analýza robustního
přizpůsobení
nebo
Booksteinovské
tvarové
souřadnice
(Urbanová
a Králík, 2009; Zelditch, 2004). Statistické testování tvarových proměnných je možné jak pomocí parametrických, tak neparametrických testů. Výhodou neparametrických testů je, že nemusíme řešit nelineárnost prostoru. Tento způsob testování je vhodný na porovnání rozdílů průměrného tvaru objektů na základě prokrústovských reziduí anebo na testování variability objektů na základě prokrústovských vzdáleností.
Prokrústovská vzdálenost mezi objekty
se využívá pro vyjádření podobnosti tvarů (Urbanová, 2010). Aby bylo možné statisticky testovat tvarové proměnné pomocí parametrických testů, musí se vyřešit nelienearita prostoru. Předpokladem parametrických vícerozměrných statistických testů jsou lineární závislosti mezi proměnnými. Problém nelinearity prostoru řeší např. principal component analysis (PCA) (Razdan et al., 2007; Urbanová a Králík, 2009). PCA představuje transformaci vícerozměrného prostoru tvarových proměnných na tangenciální rovinu promítnutou do bodu, ve kterém je umístěn průměrný tvar celého souboru (Urbanová a Králík, 2009). Hlavní komponenty PCA vysvětlují největší podíl variability mezi zkoumanými objekty. Počet hlavních komponent Y se rovná vztahu Y=X-1, kde X označuje celkový počet proměnných vstupujících do PCA (porovnáváme-li např. 10 obličejů, pak hlavních komponent PCA bude 9). Eigenvalue a eigenvektor jsou dvě hodnoty charakterizující hlavní komponenty. Eigenvalue nám udává míru variability, kterou daná komponenta vysvětluje (uvádí se v %). Eigenvektor určuje vztah mezi původní proměnnou a hlavní komponentou (Zelditch, 2004). Vhodné jsou ty komponenty, které vysvětlují optimální míru variability (čím variabilnější zkoumané objekty jsou, tím více je potřeba hlavních komponent pro vysvětlení jejich variability) (Urbanová a Králík, 2009). PCA se často využívá k porovnání rozdílů mezi jedinci (Zelditch, 2004).
48
3 3.1
PRAKTICKÁ ČÁST CÍLE STUDIE
Cílem studie je prozkoumání příbuzenské podobnosti obličeje s možným využitím výsledků v problematice správné rekognice a identifikace osob v kriminalistice a ve forenzní antropologii s uplatněním 3D technologií. Nulová hypotéza – H0: Mezi příbuzenskými páry (rodič – potomek) stejného pohlaví se v žádném z obličejových rysů nevyskytuje větší míra podobnosti, než mezi rodiči a potomky v náhodně vytvořených párech. Alternativní hypotéza – H1: Mezi příbuzenskými páry (rodič – potomek) stejného pohlaví se alespoň v jednom z obličejových rysů vyskytuje větší míra podobnosti, než mezi rodiči a potomky v náhodně vytvořených párech.
3.2
MATERIÁL A METODY
Celkem bylo získáno 106 3D skenů obličeje osob, které zastupují výběr z české populace. Z toho bylo 32 mužů a 74 žen; 37 příbuzenských párů matka-dcera a 12 příbuzenských párů otec-syn, 12 párů ve vztahu otec-dcera a 8 párů ve vztahu matkasyn. Z důvodu sexuálního dimorfismu byly pro další zpracování vybrány pouze skeny jedinců ve vztahu matka-dcera. Mezi muži a ženami existují rozdíly ve velikosti jednotlivých struktur obličeje i v gradientu jejich věkových změn (Prendergast, 2012). Podle Ferrario et al. (1996) je sexuální dimorfismus nejvíce patrný na vertikálních rozměrech, nejméně pak na rozměrech šířkových (horizontálních). Z těchto důvodů není vhodné srovnávat páry ve vztahu matka-syn nebo otec-dcera. Ve výsledném testování by jistě byly zjištěny daleko větší rozdíly naměřených hodnot u párů odlišného pohlaví než u párů stejného pohlaví. Dalším důvodem pro výběr jedinců ve vztahu matka-dcera byla skutečnost, že párů ve vztahu otec-syn bylo pro statistické hodnocení příliš málo a také ne všechny skeny byly použitelné. Při získávání probandů mužského pohlaví jsem se potýkala s tím problémem, že muži často měli vousy, které se při skenování nezachytí. 49
Z vybraných skenů jsem pak vyřadila ty, které nespadaly do věkové kategorie: dcera 15-30 let a k ní odpovídající věk matky (věkové rozložení dcer a matek je na grafu č. 1). Průměrný věk dcer je 22 let, průměrný věk matek je 48 let. Celkem bylo hodnoceno 35 párů matka-dcera. V 8 případech se ale jedná o matku, která má 2 dcery – tyto matky pak v souboru vystupují dvakrát pod stejným ID číslem, ale pokaždé mají přiřazené jiné ID_family a ID_nahoda (viz níže). Formou krátkého dotazníku byly zjištěny potřebné údaje o probandovi (Příloha 1). Také byl zaznamenán charakter příbuzenského vztahu s dalším probandem a to formou dotázání. Každý skenovaný dobrovolník byl obeznámen s využitím jeho 3D skenu obličeje i ostatních údajů a podepsal informovaný souhlas (Příloha 1). Veškeré údaje jsou anonymní – 3D sken probanda i doplňující informace o něm jsou uloženy pod specifickým identifikačním číslem (ID).
Graf 1: Věkové rozložení dcer a matek
Pro získání 3D modelu obličeje probandů byl použit optický 3D skener Vectra M1. Rozlišení přístroje je 12 megapixel a rychlost snímání jsou 4 milisekundy (Canfield Scientific Inc, 2010). Výstupem skenování je virtuální model, který je tvořen sítí polygonů. To umožňuje snadnější manipulaci s modelem, jeho zmenšování či zvětšování, otáčení, srovnávání aj. (Kazhdan et al., 2006). Nevýhodou optického skeneru Vectra M1 je, že nedokáže skenovat lesklé předměty (ani lidské oko) a nedokáže zachytit ani vousy a vlasy. Oba jedinci v přímém příbuzenském vztahu byli skenovaní ve stejný den, aby se tak 50
co možná nejlépe zamezilo nepřesnostem vzniklým díky různým vnějším podmínkám. Před samotným skenováním byl přístroj podle návodu kalibrován pomocí kalibrační desky. Skenovaný jedinec byl usazen na stoličku před skener tak, aby se jeho hlava nacházela v úrovni snímajícího čidla a byla v poloze odpovídající frankfurtské horizontále (tj. poloha, kdy body tragion, palpebra inferior dexter a palpebra inferior sinister leží ve stejné horizontální rovině (Fetter, 1967)). Tato rovina totiž představuje přirozené postavení hlavy. Následně byly upraveny probandovy vlasy tak, aby nezasahovaly do oblasti obličeje a nepřekrývaly uši. Proband byl vyzván, aby případně odložil brýle a náušnice a byl požádán o zachování neutrálního výrazu. Snímání jedince proběhlo celkem ze tří pohledů: en-face, levý poloprofil a pravý poloprofil.
3.2.1
Úprava modelu obličeje
Pro vytvoření 3D modelu obličeje je nutné získané skeny nejprve upravit – odstranit nevyhovující části a následně je spojit dohormady pmocí referenčních bodů. K úpravě modelu byl použit program Vectra Analysis Module (VAM) (Canfield Scientific Inc, 2008). S jeho pomocí byly z modelu odstraněny části skenu, které byly špatně či nedostatečně naskenované. Z pohledu en-face to byla především nosní křídla (alae nasi), krk a případně i laterální části obočí. U modelů poloprofilu to byla odvrácená strana tváře, oči a krk (Obr. 19). Upravené skeny byly následně pomocí programu MeshLab (Cignoni, 2012) spojeny do trojrozměrného modelu. Pro spojení jednotlivých skenů byly vždy využity alespoň 4 referenční body (Obr. 20). Chyba spojení byla v rozmezí 0,001-0,004 mm. Parametry pro samotný proces vytvoření modelu (Surface reconstruction: Poisson) byly nastaveny následovně: Octree Depth = 12, Solver Divide = 12, Samples per Node = 1, Surface offsetting = 1. Nastavením parametrů jako je Octree depth lze ovlivnit jemnost detailů. Čím vyšší bude hodnota Octree depth, tím bude model detailnější (Kazhdan et al., 2006). Na 3D model tvořený polygonovou sítí byla přenesena původní textura obličeje z pohledu en-face (Obr. 21). Kvalita takto přenesené textury z původního skenu není tak detailní, ale pro účely digitalizace bodů je dostačující.
51
Obr. 19: Upravený sken obličeje po odstranění nedostatečně naskenovaných částí; en-face a levý poloprofil
Obr. 20: Proces spojení skenů pomocí 4 referenčních bodů; levý poloprofil a enface
Obr. 21: Vlevo - model tvořený polygonovou sítí. Vpravo - model s přenesenou texturou z původního skenu obličeje z pohledu en-face 52
3.2.2 Pro
Digitalizace antropometrických bodů digitalizaci
antropometrických
bodů
byl
využit
program
MeshLab
(Cignoni, 2012). Před začátkem samotné digitalizace byl 3D model obličeje ustaven do frankfurtské horizontály. Následně byla ustavena mediosagitální rovina – tj. poloha, kde začátek os X, Y, Z leží v bodě pronasale a osa Y protíná body labrale superius, subnasale a nasion. Při zjišťování chyby měření bylo digitalizováno 10 párových a 10 nepárových antropometrických bodů (Tab. 1). Body jsou uvedeny v pořadí, ve kterém byly digitalizovány. Na základě výsledků chyby měření (viz níže) pak byly pro konečné měření vybrány body zobrazené na obr. 22. Body byly digitalizované ve stejném pořadí jako při hodnocení chyby měření (Tab. 1). Celkem bylo hodnoceno 6 párových a 7 nepárových bodů. Body pro zhodnocení podobnosti byly zvoleny tak, aby měřené vzdálenosti mezi nimi poskytly informaci jak o šířkových, tak horizontálních rozměrech obličeje a to především v oblasti, která by měla být nejvíce geneticky podmíněna – tzn. v oblasti tvořené body ektokantion dexter et sinister a subnasale (Naini a Moss, 2004). Body zygion dx. et sin. a gonion I dx. et sin. byly vybrány za účelem určení celkové šířky horní a dolní části obličeje. Body gonion I dx. et sin. byly digitalizovány i přesto, že jsem u nich zaznamenala větší chybu měření. Ta byla často způsobena tím, že u obéznějších jedinců byly body hůře rozeznatelné.
53
Obr. 22: Digitalizované význačné body: pohled z en-face a levého poloprofilu 54
Tab. 1: Definice digitalizovaných bodů – barevně jsou vyznačeny body použité pro samotné hodnocení podobnosti obličejů; upraveno (Deutsch et al., 2012) 55
3.2.3
Použité metody
Chyba měření Pro zjištění chyby při digitalizaci jednotlivých antropometrických bodů na obličejových 3D modelech byl aplikován následující postup: U deseti vybraných 3D modelů (ID 0175, 0179-0184, 0187, 0188, 0193) byly digitalizovány pomocí programu MeshLab výše zmíněné antropometrické body. Měření každého z modelů bylo provedeno celkem třikrát, a to vždy s časovým odstupem (teprve po 1. měření všech deseti modelů následovalo 2. měření atd.). Při digitalizaci bylo zachováno stejné pořadí bodů. Získané x, y, z souřadnice z každého měření byly statisticky hodnoceny v programu Excel. Chyba digitalizace jednotlivých bodů byla určena u 40 rozměrů (Tab. 2). Každý z bodů byl do výpočtů zahrnut alespoň dvakrát.
Tab. 2: Definované rozměry mezi digitalizovanými body pro výpočet chyby měření
Pro každé měření zvlášť byla spočítána vzdálenost mezi jednotlivými body (Příloha 2) a to podle vzorce: (3.1.) kde D je vzdálenost bodů v prostoru; A je bod č. 1; B je bod č. 2; x, y, z jsou souřadnice daného bodu. 56
Následně bylo provedeno vzájemné porovnání 1. a 2. měření, 1. a 3. měření, 2. a 3. měření. Pro každý rozměr byla vypočítána relativní chyba (δ) s jakou byl daný rozměr změřen a to podle následujících vztahů:
(3.2.)
(3.3.)
Pro porovnání dvou měření jako celku (zda se od sebe daná měření významně statisticky liší) byl použit párový t-test:
(3.4.)
(3.5.)
kde t0 je označení pro t-test; s 2 je rozptyl; s je směrodatná odchylka; D I,II je vzdálenost mezi body prvního a druhého měření; m označuje průměrný rozdíl mezi vzdálenostmi bodů v měření 1 a 2; n je počet párů (tedy počet měřených vzdáleností). H0 zní: mezi porovnávanými měřeními není rozdíl. U všech deseti modelů bylo provedeno kontrolní měření deseti rozměrů, u kterých byl zaznamenán výrazný rozdíl naměřených hodnot na pravé a levé straně (Tab. 4). V programu Meshlab (Cignoni, 2012) byly všechny modely zrcadlově převráceny podle osy Y a znovu na nich byly digitalizovány následující body:
57
ex_dx
en_sin
zy_sin
pai_dx
pas_sin
ex_sin
n
ran_sin
pas_dx
goI_sin
en_dx
zy_dx
ran_dx
pai_sin
goI_dx
Kontrolní digitalizace bodů byla provedena stejným způsobem jako při původním měření – tedy třikrát po sobě s časovým odstupem. Pro každé měření zvlášť byla podle vzorce (3.1) spočítána vzdálenost mezi jednotlivými body u deseti definovaných rozměrů (Příloha 3). Následně byla znovu zjištěna relativní chyba mezi jednotlivými měřeními. Pro porovnání celkového měření mezi normálně orientovaným modelem a zrcadlově převráceným modelem byl použit párový t-test. H0 zní: průměrné vzdálenosti mezi digitalizovanými body 1.-3. měření normálně orientovaného modelu a zrcadlově převráceného modelu se statisticky významně neliší.
Použití metrické metody tradiční morfometrie Pro zhodnocení podobnosti obličeje příbuzných jedinců bylo použito měření přímých vzdáleností mezi digitalizovanými body. Hodnocené rozměry (Tab. 3) byly vybrány tak, aby zachycovaly horizontální a vertikální rozměry v horní i dolní části obličeje, především pak v oblasti nejvíce geneticky podmíněné (tj. v oblasti očí a nosu) (Obr. 23). Pro každý bod na obličeji byly v programu Meshlab (Cignoni, 2012) zaznamenány jeho souřadnice (x, y, z), ze kterých jsem podle vzorce 3.1 vypočítala vzdálenost definovaných rozměrů. Každý jedinec vystupuje pod svým jedinečným ID číslem. Ke každému ID
je navíc přiřazeno ID_family, které je společné pro jedince
v příbuzenském vztahu matka-dcera a dále pak ID_nahoda1, ID_nahoda2, ID_nahoda3. Tyto identifikátory spojují náhodně vybrané páry matka-dcera. Tímto jsem získala 4 odlišné soubory: 1 soubor příbuzenských párů a 3 kontrolní soubory náhodně vybraných párů. ID_nahoda bylo přiděleno pomocí počítačové funkce v programu Excel. V každé dvojici (příbuzných i náhodě vybraných) jsem pro každý rozměr zvlášť zjistila jejich vzájemným odečtením rozdíl naměřených hodnot. Porovnání rozdílů hodnot mezi skupinou příbuzných a třemi skupinami náhodných párů bylo provedeno pomocí 58
Mann-Whitneyho testu v programu Statistika (StatSoft, Inc., 2011) a to pro každý rozměr samostatně. Dvouvýběrový Mann-Whitneyho test byl použit z toho důvodu, že se jedná o neparametrická data (rozložení dat může mít různý tvar). Tento test ověřuje, zda jsou mediány dvou nezávislých rozložení odlišné (Hammer et al., 2001). Pro zjištění, zda se výrazně liší hodnoty rozměrů naměřených u skupiny dcer od hodnot naměřených u skupiny matek, byl použit párový t-test v programu Statistika (StatSoft, Inc., 2011). Rozdíly naměřených hodnot dcer a matek jsou způsobeny jejich věkovým rozdílem podmiňujícím míru věkových změn.
Tab. 3: Definované rozměry mezi digitalizovanými body
59
Obr. 23: Definované horizontální (zelená) a vertikální (modrá) rozměry mezi digitalizovanými body
Použití metody geometrické morfometrie - analýzy význačných bodů V programu MorphoJ (Klingenberg, 2011) byla provedena standardizace všech modelů použitím prokrústovské analýzy. Ta zahrnuje řadu transformací, které minimalizují euklidovské vzdálenosti mezi analogickými význačnými body jednotlivých konfigurací. Prvním krokem transformací je výpočet polohy centroidu. Následně jsou body konfigurace posunuty tak, aby se centroid nacházel v počátku osy x, y, z. Dalším krokem transformací je změna velikosti objektů a jejich pootočení v prostoru vůči sobě tak, aby mezi všemi danými body vzájemně si odpovídajícími byla co nejmenší vzdálenost (princip metody nejmenších čtverců). Prokrústovské souřadnice získáme úpravami a přepočtem jednotlivých bodů konfigurace. Velikost vektoru mezi určitým bodem libovolné konfigurace prokrústovských souřadnic a odpovídajícím bodem konsensu (průměrné konfigurace prokrústovských souřadnic všech porovnávaných objektů) se nazývá
60
prokrústovské reziduum. Součet všech prokrústovských reziduí v rámci jednoho obličeje pak udává tzv. prokrústovskou vzdálenost obou tvarů (Urbanová, 2010). Z prokrústovských souřadnic byla vypočítána vzdálenost konfigurací uložených pod stejným ID_family a ID_nahoda1-3 a to podle vzorce (Stegmann, 2000; upraveno):
(3.6)
kde Pd2 označuje prokrústovskou vzdálenost, xj1, yj1, z xj2, yj2, z
j2
j1
jsou souřadnice prvního obličeje,
jsou souřadnice druhého obličeje, n je počet význačných bodů. Velikost
prokrústovské vzdálenosti určuje podobnost objektů – čím menší je vzdálenost, tím si jsou objekty podobnější; blíží-li se hodnota nule, pak jsou objekty identické (Richtsmeier et al., 2002). Porovnání velikosti prokrústovských souřadnice mezi příbuznými jedinci a náhodně vytvořenými páry bylo provedeno pomocí neparametrického Mann-Whitneyho testu v programu Statistika (StatSoft, Inc., 2011). Testována byla hypotéza, že příbuzní jedinci mezi sebou nemají menší prokrústovské vzdálenosti než mají náhodně vytvořené páry (příbuzní jedinci si nejsou vzájemně podobnější než náhodní jedinci mezi sebou).
61
3.3
VÝSLEDKY
Chyba měření Výsledky t-testu použitého pro stanovení chyby měření ukázaly, že na 5% hladině významnosti nejsou rozdíly mezi prvním, druhým a třetím měřeními statisticky významné ( t0,975 (39) = 2,02; p<0,05). Proto nulovou hypotézu nezamítám – tzn., že jednotlivá měření se mezi sebou statisticky neliší. V tabulce č. 4 jsou uvedeny rozměry s nejvíce se opakující relativní chybou měření větší než 0,2; barevně jsou zvýrazněny ty oboustranné rozměry, u kterých se výrazněji liší naměřené hodnoty na pravé a levé straně obličeje. Nejmarkantněji je tento nepoměr zřetelný na rozměrech radix nasi sinister–nasion a radix nasi dexter–nasion, ektokantion dexter–palpebra inferior dexter a ektokantion sinister– palpebra inferior sinister, ektokantion dexter–palpebra superior dexter a
ektokantion
sinister–palpebra superior sinister, zygion II sinister–gonion I sinister a zygion II dexter– gonion I dexter. Z důvodu těchto stranových rozdílů byla provedena kontrola digitalizace bodů. Tabulka č. 5 shrnuje celkový počet opakování relativních chyb měření větší než 0,2 u zrcadlově převráceného modelu (Příloha 5). Největší chyby měření vznikly u rozměrů obsahující body radix nasi dexter a radix nasi sinister stejně jako u normálně orientovaného modelu.
Tab. 4: Celkový počet opakování relativních chyb > 0,2 62
Tab. 5: Celkový počet opakování relativních chyb > 0,2 u zrcadlově převráceného modelu
Výsledky t-testu, kterým bylo porovnáváno měření u normálně orientovaných modelů s měřením na zrcadlově převrácených modelech ukázaly, že na 5% hladině významnosti nejsou rozdíly mezi těmito měřeními statisticky významné (t 0,975(39)=2,02; p<0,05). Proto nulovou hypotézu nezamítám – tzn., že jednotlivá měření se mezi sebou statisticky neliší.
Metrická metoda Pro každý definovaný rozměr byl spočítán rozdíl vzdáleností význačných bodů mezi jedinci v příbuzenském vztahu matka-dcera a mezi jedinci v náhodném vztahu matkadcera. Průměrný rozdíl těchto vzdáleností a směrodatná odchylka příbuzných párů a náhodných párů pro každý rozměr zvlášť je v tabulce č. 6. Výsledky porovnání 35 příbuzných párů se třemi kontrolními skupinami 35 náhodných párů pomocí MannWhitneyova testu jsou v tabulce č. 7. Statisticky významný rozdíl na 5% hladině významnosti byl zaznamenán pouze u porovnání příbuzných jedinců s druhou náhodně vytvořenou skupinou párů a to v rozměru gonionI dx.-gonionI sin. (p=0,012). Výsledky t-testu porovnávající naměřené hodnoty u skupiny matek s hodnotami naměřenými u dcer jsou uvedeny v tabulce č. 8.
63
Tab. 6: Průměrný rozdíl vzdáleností příbuzných a náhodných párů a jejich směrodatná odchylka.
64
Tab. 7: Výsledky Mann-Whitneyova testu: P1 – příbuzní X náhodní1, P2 – příbuzní X náhodní2, P3 – příbuzní X náhodní3, (vyznačené jsou statisticky významné hodnoty); P<0,05
65
Tab. 8: Průměrné vzdálenosti dcer a matek, směrodatná odchylka, P hodnota párového t-testu (vyznačené jsou statisticky významné hodnoty); P<0,05
Na 5% hladině významnosti jsem zaznamenala statisticky významné rozdíly mezi skupinou matek a dcer v šířkových rozměrech pravé a levé oční štěrbiny (ex-en), mezi vnitřními koutky očí (en-en), ve vzdálenosti bodů pronasale-subnasale, subnasale-labiale superius (sn-ls), ve výšce horní a dolní části vermilionu (ls-sto, sto-li), v celkové výšce vermilionu (ls-li) a ve vzdálenosti bodů stomion-sublabiale (sto-sl). U rozměrů jako zygion dx.-zygion sin., gonion I dx.-gonion I sin., labiale inferius-sublabiale jsem zaznamenala poměrně velkou shodu průměrných hodnot u dcer a matek. Tyto rozměry mají velkou směrodatnou odchylku. Podobně velkou shodu naměřených hodnot u matek a dcer, ale s výrazně menší směrodatnou odchylkou vykazují rozměry alare dx.-alare sin., alare dx.-subnasale (Tab. 8).
66
Metoda analýzy význačných bodů Pro každý pár podle ID_family, ID nahoda1-3, byly spočítány prokrústovské vzdálenosti. Výsledky porovnání vzdáleností mezi příbuznými jedinci s náhodně vytvořenými páry matek a dcer ve skupině 1-3 jsou v tabulce č. 9. Na 5% hladině významnosti nebyly zaznamenány statisticky významné rozdíly mezi testovanými skupinami a to ani při opakovaném srovnání příbuzných jedinců s různými náhodně vytvořenými páry. Pro přehlednější znázornění byly vytvořeny krabicové grafy (Graf 2). Všechny 4 testované skupiny (1 skupina příbuzných a 3 skupiny nepříbuzných páru) mají asymetrické rozložení dat – jejich medián se vyskytuje ve většině případů u dolního kvartilu; u druhé skupiny nepříbuzných párů se medián nachází poblíž horního kvartilu. Pro všechny testované skupiny je charakteristická široká variabilita dat.
Tab. 9: Porovnání prokrústovských vzdáleností pomocí Mann-Whitneyho testu, p – příbuzní, n1 – náhodní 1, n2 – náhodní 2, n3 – náhodní 3; α=0,05
67
Graf 2: Krabicový graf: porovnání prokrústovských vzdáleností pomocí Mann-Whitneyho testu, p – příbuzní, n – náhodní; α=0,05 68
4
DISKUZE
Chyba měření Proces digitalizace je jednoznačně zdrojem subjektivních chyb, které se následně promítají do kvality souboru zdrojových dat a mohou ovlivnit výsledek celé práce. Je proto třeba využít všech dostupných metod, které zkreslení vstupních dat minimalizují. Opakovaným postupem dochází k zpřesňování digitalizace bodů – nejlépe digitalizované body byly u třetího měření. Z porovnání všech relativních chyb měřených vzdáleností vyplývá, že digitalizace bodů byla nejproblémovější u bodů zygion II sinister, radix nasi sinister, radix nasi dexter, gnathion, gonion I. dexter, gonion I. sinister a ektokantion dexter. Větší relativní chyba u rozměrů jako je pogonion–gnathion, glabela–nasion, labrale inferior–pogonion, crista philtri dx. et sin.-labrale superior nebo labrale superior– stomion mohla být způsobena tím, že se jedná o malé rozměry. Výraznější odlišnosti naměřených hodnot na pravé a levé straně u oboustranných rozměrů jsou pravděpodobně způsobeny nepřesnou digitalizací jednotlivých bodů – proto je u nich vyšší relativní chyba. Na základě zhodnocení relativní chyby digitalizace nebyly některé z význačných bodů zahrnuty do další analýzy.
Zhodnocení výsledků metrické metody Použitím klasické metrické metody, kde byly testovány přímé vzdálenosti mezi digitalizovanými antropometrickými body, nebyla potvrzena hypotéza, že jedinci ve vztahu matka-dcera si jsou podobnější než náhodně vybrané páry z matek a dcer. Tato skutečnost je pravděpodobně ovlivněna jak věkovými rozdíly (průměrný věkový rozdíl mezi matkou a dcerou v mém souboru je 26 let), tak genetickou dědičností (kdy dcera získává 50% genů od matky a 50% genů od otce) (Lewis, 2007). Ve své práci jsem porovnávala páry ve vztahu matka-dcera, ale většina studií (Naini a Moss, 2004; Vanco et al., 1995; Weinberg et al., 2013) je založena na porovnání monozygotních a dizygotních dvojčat, kde se jejich vzájemná podobnost spíše projeví (podle koeficientu příbuznosti by spolu měla monozygotní dvojčata sdílet 100% genů; matka s dcerou by měla sdílet jen 50% genů (Douglas a Walter, 2013; Lewis, 2007)). Skutečnost, že dcera sdílí s matkou jen část svých genů a druhou část genů sdílí se svým 69
otcem, výrazně ovlivní hodnocení podobnosti obličejových rysů. Zatím se ale nepodařilo prokázat, které rysy se dědí po mateřské linii a které po otcovské (Nikolova a Susanne, 1996). Další výhodou studia podobnosti na dvojčatech je, že vyrůstají v podobném pre-, peri- i postnatálním prostředí. A z výzkumů vyplývá, že na podobnost příbuzných jedinců má vliv jak genetika, tak i prostředí ve kterém se jedinec nachází (Baydaş et al., 2007). Navíc je mezi sourozenci také menší věkový rozdíl než mezi rodičem a potomkem. Protože se s věkem (především během dospívání) jednotlivé struktury mění (změny jsou individuální a neprobíhají vždy ve stejné míře), je pro hledání podobnosti výhodnější pracovat se sourozenci než s rodiči a jejich potomky. Nejvíce geneticky podmíněnou částí obličeje je trojúhelníková oblast tvořená antropometrickými body ektokanthion dexter, ektokanthion sinister a subnasale (Naini a Moss, 2004; Weinberg et al., 2013). Také Baydaş et al. (2007) nachází největší podobnosti mezi sourozenci v horní části obličeje. S tímto se neshoduje studie Manfredi et al. (1997), ve které se uvádí, že nejvíce geneticky podmíněnou oblatí je dolní třetina obličeje. Proto byly honocené rozměry vybírány tak, aby postihly právě centrální část mezi body ektokanthion dexter, ektokanthion sinister a subnasale. Genetický vliv na tuto oblast obličeje se v mé práci ale nepotvrdil. Vzdálenost mezi body alare dx. et sin., alare dx.-subnasale se podle porovnání průměrných vzdáleností naměřených u dcer a matek jeví jako celkem stabilní znak, který svou velikost s přibývajícím věkem výrazně nemění. Navíc se nachází v uvedené trojúhelníkové oblasti. Proto se dalo předpokládat, že právě na tomto parametru by se mohla podobnost matek a dcer projevit. Sforza et al. (2011) ale zaznamenala u všech lineárních rozměrů (včetně al_dx-al_sin, al_dx-sn) jejich zvětšování se s přibývajícím věkem – i když zvětšení není tak markantní jako u vertikálních rozměrů nosu (Sforza et al., 2012c). Naini a Moss (2004) z porovnávání monozygotních a dizygotních dvojčat zjistili, že vzdálenost alare dx.-subnasale má genetický základ. To se v mé práci nepotvrdilo. U vzdáleností mezi body alare sin.-subnasale a stejně tak i u šířky nosu (al_dx-al_sin) již Naini a Moss (2004) statisticky významný rozdíl nenašli – stejně tak se genetický vliv na tyto parametry nepotvrdil v mé práci u hodnocení příbuzných párů matek a dcer. Měřené vzdálenosti v oblasti očí, která se s přibývajícím věkem také příliš nemění vzhledem ke svému kostěnému podkladu (Sforza et al., 2009b), byly dalším vhodným parametrem, na kterém bylo možno předpokládat průkaz podobnosti obličejů příbuzných jedinců. Avšak ani porovnáním těchto vzdáleností se neprojevila větší míra podobnosti 70
u příbuzných jedinců než u náhodně tvořených párů matka-dcera. O tom, které znaky obličeje vykazují vyšší míru dědičnosti než jiné, se v odborných kruzích dosud vedou diskuze. Většina studií zastává názor, že většímu genetickému vlivu podléhají vertikální rozměry obličeje (Manfredi et al., 1997; Naini a Moss, 2004; Savoye et al., 2009), jiní autoři zastávají názor opačný (Baydaş et al., 2007). V mém hodnocení příbuzných a nepříbuzných párů matek a dcer byl zaznamenán statisticky významný rozdíl pouze u vzdálenosti mezi body gonion I dx. et sin., což je rozměr horizontální. Protože ale tento rozdíl byl pouze u jednoho z měření (u porovnání příbuzných jedinců s druhou skupinou náhodně utvořených párů), nelze tomuto nálezu přikládat velký význam. Navíc u těchto dvou antropometrických bodů byla zaznamenána větší relativní chyba při jejich digitalizaci. Ta byla pravděpodobně způsobena tím, že u obéznějších osob v mém souboru probandů nebyly tyto body tak výrazné a tedy se hůře digitalizovaly. Vliv věkového rozdílu matek a dcer je nejvýrazněji zřetelný v oblasti rtů (výška horní a dolní části vermilionu), kde byl zaznamenán největší rozdíl naměřených hodnot mezi dcerami a matkami. Sforza et al. (2010) uvádí, že s přibývajícím věkem se rty ztenčují. To je v souladu s mým srovnáním průměrných hodnot měřených rozměrů matek a dcer (u matek jsou průměrné vzdálenosti bodů ls-sto, sto-li, ls-li menší než u dcer). Statistickým testováním jsem nezanamenala větší vliv genetických faktorů na tuto oblast, což se shoduje se studiemi Baydaş et al. (2007), Naini a Moss (2004) a Vanco et al. (1995). Naini a Moss (2004) uvádí, že na šířce úst (ch_dx-ch_sin) a na výšce horního rtu (ls-sto) se míra dědičnosti projevuje daleko slaběji než např. na výšce nosu (n-prn).
Zhodnocení výsledků analýzy význačných bodů Většina studií, které se zabývají porovnáváním podobnosti znaků v obličeji, využívá spíše metody tradiční morfometrie (Baydaş et al., 2007; Naini a Moss, 2004; Vanco et al., 1995). Zatímco geometrickou morfometrii ve své práci použilo daleko méně autorů (Weinberg et al., 2013). Výsledky všech zmíněných studií se ale ve své podstatě shodují – za nejvíce geneticky podmíněnou oblast považují centrální část obličeje. V této práci byla hodnocena podobnost obličejů pomocí prokrústovské analýzy, kterou lze využít pro stanovení míry podobnosti dvou objektů jako celku. Analýza však neposkytne informaci o tom, ve které oblasti jsou objekty vzájemně podobnější 71
(Stegmann, 2000). Výsledky této analýzy v mé práci se shodují s výsledky metrické metody – nebyla zaznamenána větší podobnost v obličeji u příbuzných než u nepříbuzných jedinců. Standardizací modelů došlo k redukci velikostních rozdílů mezi hodnocenými dvojicemi způsobenými jejich vzájemným věkovým rozdílem. Pokud by skutečnost, že metrickou metodou nebyla zaznamenána podobnost příbuzných párů, závisela především na věkovém rozdílů matek a dcer, pak by se pravděpodobně v hodnocení obličejů prokrústovskou analýzou vzájemná podobnost projevila. Vzhledem k tomu, že se tak nestalo, lze předpokládat, že míra podobnosti rodičů a jejich potomků je především ovlivněna množstvím předávaných genů (pomiňujících fenotyp obličeje) z rodičů na potomka. To je v souladu se studií Liu et al. (2012). Tvar obličeje je silně geneticky podmíněný, některé znaky více (výška obličeje nebo poloha dolní čelisti) jiné naopak méně. Liu et al. (2012) na základě své studie identifikoval pět lokusů, které mají zásadní vliv na morfologii lidského obličeje. Práce navazující na toto téma by se mohla zabývat prozkoumáním tvarové podobnosti mezi otcem a dcerou, zhodnotit tak dědičnost znaků po otcovské linii a porovnat ji s dědičností po linii mateřské.
72
5
ZÁVĚR
Práce je zaměřena na zhodnocení podobnosti znaků v obličeji mezi příbuznými jedinci ve vztahu matka-dcera. Metrická metoda poskytla informaci o velikostech jednotlivých rozměrů, které ale byly ovlivněny variabilitou znaku vzhledem k věkovým změnám. Prokrústovská analýza pak poskytla informaci o tom, zda jsou si příbuzní jedinci podobnější ve tvaru obličeje než jedinci v náhodně sestavených párech. Omezením pro zhodnocení podobnosti příbuzných jedinců byl malý vzorek populace. Přesnější výsledky by poskytl i vhodnější výběr probandů a to tak, aby věkové rozdíly mezi rodiči a dětmi byly co nejmenší (nejvhodnější by bylo, pokud bychom měli k dispozici sken obličeje matky ve stejném věku jako je v současnosti její dcera) nebo alespoň co nejpodobnější v rámci celého souboru. Hodnocení je také zatíženo skutečností, že morfologie obličeje je podmíněna geneticky, ale projevuje se na ní i vliv prostředí. Také proto je obtížnější hledat podobnosti mezi rodiči a jejich dětmi než mezi sourozenci nebo dvojčaty. Pro pozitivní identifikaci je třeba najít individuálně specifický znak a vyloučit tak vzájemnou záměnu osob. Člověk běžně vnímá obličej jako celek a ne jen jeho části nebo samostatné rozměry. Proto jsme schopni najít podobné rysy a subjektivně se vyjádřit k příbuznosti jedinců. Pokud však použijeme objektivní číselné vyjádření charakteristiky obličeje dojdeme k závěru, že je pro každého jedince specifické a není jednoduše zaměnitelné ani mezi geneticky příbuznými osobami, které v mé práci představují jedinci ve vztahu matka-dcera.
73
O AUTORCE Lucie Sýkorová se narodila 25. dubna 1989 v Praze. Vystudovala čtyřleté gymnázium Jana Keplera, které v roce 2008 úspěšně ukončila maturitou z českého a anglického jazyka,
biologie
a
zeměpisu.
Obor
antropologie
na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity v Brně si vybrala z důvodu svého zájmu o biologii člověka a ze zájmu o cizí kultury.
74
SLOVNÍK DŮLEŽITÝCH JMEN A POJMŮ Bertillon, Louis Alphonse (1853-1914) – zakladatel metody identifikace. Využil metody tradiční morfometrie (měřil celkem 11 rozměrů lidského těla). Pravděpodobnost výskytu dvou jedinců se stejnými parametry odhadl na pouhých 1:4 191 304. Frankfurtská horizontála – normovaná poloha hlavy, kdy body tragion, palpebra inferior dexter a palpebra inferior sinister leží ve stejné horizontální rovině. Geometrická morfometrie – metoda porovnávající tvarové rozdíly zkoumaných objektů za pomoci vícerozměrné statistiky a geometrických metod. Heritabilita – dědičnost znaku. Udává jak velká část variability znaku je podmíněna genetickými faktory. Identifikace – proces, při kterém se hledají shodné a rozdílné znaky mezi dvěma a více jedinci – je to porovnání 1:n („One-to-many matching“). Slouží k ověření totožnosti jedince. Koeficient příbuznosti – udává procentuální zastoupení genů, které spolu dva příbuzní sdílejí. Konfigurace – souřadnice význačných bodů jednoho objektu. Konsensus – průměrná konfigurace prokrústovských souřadnic všech porovnávaných objektů. Morfometrické metody – identifikační metody hodnotící tvar a tvarové změny během vývoje organismu. Základem těchto metod je matematické a statistické zpracování dat. Morfoskopická metoda – identifikační deskriptivní metoda založená na aspektivním hodnocení znaku. Obličej – přední část lidské hlavy. Polymorfismus – existence různých forem jednoho znaku. 75
Prokrústovská analýza – metoda standardizace objektů zahrnující takové transformace, které minimalizují euklidovské vzdálenosti mezi analogickými význačnými body jednotlivých konfigurací. Prokrústovská vzdálenost – součet všech prokrústovských reziduí v rámci jednoho objektu. Používá se pro vyjádření podobnosti objektů. Prokrústovské reziduum – velikost vektoru mezi určitým bodem libovolné konfigurace prokrústovských souřadnic a odpovídajícím bodem konsensu. Rekognice – proces, při kterém dochází k rozpoznání somatických znaků. Není prováděna odborníky, ale laiky jako např. příbuznými oběti či svědky zločinu. Sexuální dimorfismus – označuje mezipohlavní rozdíly jednoho živočišného druhu. Mezipohlavní rozdíly jsou jak genetické, gametické, gonadální, somatické tak i psychosociální. Tradiční morfometrie – metoda založená na přímém měření rozměrů mezi význačnými antropometrickými body. Poskytuje nám pouze informaci o velikosti objektu. Verifikace – proces ověřování totožnosti. Je to proces porovnání 1:1 („One-to-one matching“). Dochází k srovnávání vnějších znaků s daty uloženými v databázi. Význačný bod – bod ležící na přesně definovaném místě. Význační body musí splňovat tato kriteria: musí být přesně definovatelné, snadno rozpoznatelné a homologní (mají stejnou funkci a anatomickou polohu na různých objektech).
76
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK aj.
- a jiné
apod.
- a podobně
atd.
- a tak dále
č.
- číslo
dx.
- dexter, pravá strana
et al.
- latinská zkratka "et alii", odpovídající českému "a kolektiv"
FERET
- počítačové aplikace por detekci obličeje
ICC
- vnitrotřídní korelační koeficient
kap.
- kapitola
m.
- musculus
mm.
- musculi
n.
- nervus
např.
- například
n.d.
- nedatováno
Obr.
- obrázek
PCA
- analýza hlavních komponent
PRISM
- projekt zabývající se morfologií lidského obličeje a jeho variabilitou
PORIDOS
- počítačový program pro portrétní identifikaci osob
resp.
- respektive
sin.
- sinister, levá strana
Tab.
- tabula
tj.
- to je
tzn.
- to znamená
tzv.
- takzvaně
2D
-
zkratka výrazu „dvojdimenzionální“, „dvojrozměrný“
3D
-
zkratka výrazu „trojdimenzionální“, „trojrozměrný“
77
REJSTŘÍK A Analýza obrysů.......................................47 Analýza robustního přizpůsobení...........48 Analýza tvaru.........................................47 Analýza význačných bodů....47, 60, 67, 71 Antropometrický bod...........44, 45, 47, 53
I Identifikace.......................9, 41, 44, 49, 75 Identikit..................................................44 K Koeficient příbuznosti................28, 69, 75 Konfigurace................................47, 48, 75 Konsensus.........................................60, 75
B Bertillon, Louis Alphonse.................41, 75 Bertillonáž..............................................41 Biologické snaky....................................41 Booksteinovské tvarové souřadnice.......48
L Leptoprosopní.........................................18 Lombroso, Cesare...................................10
C Centroid............................................47, 60
M Mann-Whitney test.....................29, 59, 63 Mediosagitální rovina.............................53 Mesoprosopní.........................................18 Metrická metoda...............................63, 69 Mimické svaly........................................14 Morfometrické metody...............44, 45, 75 Morfoskopické metody...........................44
D Dědičnost....................................27, 29, 30 Detekce...................................................42 Digitalizace.................................53, 58, 69 Downův syndrom.............................20, 24 E Eigenvalue..............................................48 Eigenvektor............................................48 Epikantus................................................20 Euklidovská vzdálenost..............48, 60, 76 Euryprosopní..........................................18
N Neparametrický test....................48, 59, 61 O Obličej..........................................9, 17, 75 Obličejový index....................................18
F FERET....................................................42 Fotogrammetrie......................................45 Frankfurtská horizontála.............51, 53, 75
P Parametrický test....................................48 PCA..................................................29, 48 Podobnost.......................48, 49, 58, 61, 71 Polymorfismus........................................75 PORIDOS...............................................45 Portrait parlé...........................................42 Portrétní identifikace..............................44 PRISM....................................................43 Prokrústovská analýza....29, 47, 60, 71, 76 Prokrústovská superimpozice.................47 Prokrústovská vzdálenost.....48, 61, 67, 76
G Geometrická morfometrie....47, 60, 71, 75 H Heritabilita........................................27, 75 Hlavní komponenta................................48 78
Prokrústovské reziduum.............48, 61, 76 Prokrústovské souřadnice.................60, 61
Splanchnocranium..................................12 Standardizace..............................47, 60, 76
Q Quételet, Lambert Adolphe....................41
T T-test............................................57-59, 62 Tradiční morfometrie......45, 47, 58, 71, 76
R Rekognice...................................41, 49, 76
V Variabilita.........................................27, 48 Vectra M1...............................................50 Verifikace..........................................41, 76 Význačný bod...................................47, 76
S Sexuální dimorfismus.................31, 49, 76 Somatoskopie...................................17, 44
79
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY
Citovaná literatura Abdi, H., Valentin, D., Edelman, B., O’Toole, A. J. (1995). More about the difference between men and women: evidence from linear neural networks and the principalcomponent approach. Perception, 24, p.539–562. Anic-Milosevic, S., Mestrovic, S., Prlić, A., Slaj, M. (2010). Proportions in the upper lip– lower lip–chin area of the lower face as determined by photogrammetric method. Journal of Cranio-Maxillofacial Surgery, 38 (2), p.90–95. Bamforth, J. S. (2012). Anthropometry of Soft Facial Tissues. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer, p.575–592. Baydaş, B., Erdem, A., Yavuz, I., Ceylan, I. (2007). Heritability of facial proportions and soft-tissue profile characteristics in Turkish Anatolian siblings. American journal of orthodontics and dentofacial orthopedics: official publication of the American Association of Orthodontists, its constituent societies, and the American Board of Orthodontics, 131 (4), p.504–509. Beden, Ű., Beltram, M. (2012). Periorbital Anthropometric Measurments. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer, p.641–654. Bulygina, E., Mitteroecker, P., Aiello, L. (2006). Ontogeny of facial dimorphism and patterns of individual development within one human population. American journal of physical anthropology, 131 (3), p.432–443. Canfield Scientific Inc. (2010). Vectra M1: 3D facial imaging solution – user guide. Fairfield, USA. Čihák, R. (1997). Anatomie III. Praha: Grada. Čihák, R. (2001). Anatomie I. Praha: Grada. Clark, P. J. (1956). The heritability of certain anthropometric characters as ascertained from measurements of twins. American Journal of Human Genetics, 8 (1), p.49–54. Deutsch, C. K., Shell, A., Francis, R. W., Bird, B. D. (2012). The Farkas System of Craniofacial Anthropometry: Methodology and Normative Databases. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer, p.561–574. Enlow, D. H. (1990). Facial growth. Philadelphia: W. B. Saunders Company. Citováno podle: Bulygina, E., Mitteroecker, P. and Aiello, L. (2006). Ontogeny of facial dimorphism and patterns of individual development within one human population. 80
American journal of physical anthropology, 131 (3), p.432–443. Etöz, A., Ercan, İ. (2012). Anthropometric Analysis of the Nose. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, II., New York, N.Y: Springer, p.575–592. Ferrario, V. F., Sforza, C., Poggio, C. E., Serrao, G. (1996). Facial three-dimensional morphometry. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 109 (1), p.86–93. Fetter, V. (1967). Antropologie. Vyd. 1. Praha: Academia, nakladatelství Československé akademie věd. Flegr, J. (2009). Evoluční biologie. 2., opravené a rozšířené vyd. Praha: Academia. Frayer, D. W. , Wolpoff, M. H. (1985). Sexual Dimorphism. Annual Review of Anthropology, 14 (1), p.429–473. Hammond, P., Hutton, T. J., Allanson, J. E., Campbell, L. E., Hennekam, R. C. M., Holden, S., Patton, M. A., Shaw, A., Temple, I. K., Trotter, M., Murphy, K. C. , Winter, R. M. (2004). 3D analysis of facial morphology. American journal of medical genetics. Part A, 126A (4), p.339–348. Horáčková, L. (2007). Anatomie pro antropology I: Pohybový systém, Panoráma antropologie biologické - sociální - kulturní: modulové učební texty pro studenty antropologie a ‘příbuznych oboru’ 34. Malina, J. (ed.). Brno: Nadace Universitas : Akademické nakladatelství CERM. Jones, D. (1996). Physical attractiveness and the theory of sexual selection: results from five populations. Ann Arbor: Museum of Anthropology, University of Michigan. Kazhdan, M., Bolitho, M., Hoppe, H. (2006). Poisson Surface Reconstruction. In: Proceedings of the Fourth Eurographics Symposium on Geometry Processing, SGP ’06, 2006, Aire-la-Ville, Switzerland, Switzerland: Eurographics Association, p.61–70. Klingenberg, C. P. (2011). MorphoJ: an integrated software package for geometric morphometrics: COMPUTER PROGRAM NOTE. Molecular Ecology Resources, 11 (2), p.353–357. Kohn, L. A. P. (1991). The Role of Genetics in Craniofacial Morphology and Growth. Annual Review of Anthropology, 20 (1), p.261–278. Landes, C. A., Trolle, M., Sader, R. (2012). 3D Craniofacial Anthropometry, Simplified and Accelerated by Semi-Automatic Calliper. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer, p.219–236. Lewis, D., Rezek, J. (2010). Tajna řeč tela. Praha: Bondy. Lewis, R. (2007). Human genetics: concepts and applications. 7th ed. Boston: McGrawHill Higher Education.
81
Liu, F., van der Lijn, F., Schurmann, C., Zhu, G., Chakravarty, M. M., Hysi, P. G., Wollstein, A., Lao, O., de Bruijne, M., Ikram, M. A. et al. (2012). A Genome-Wide Association Study Identifies Five Loci Influencing Facial Morphology in Europeans. PLoS Genet, 8 (9), p.e1002932. Malina, J. (2009). Antropologický slovník, aneb Co by mohl o člověku vědět každý člověk: (s přihlédnutím k dějinám literatury a umění). Brno: CERM akademické nakladatelství. Manfredi, C., Martina, R., Grossi, G. B., Giuliani, M. (1997). Heritability of 39 orthodontic cephalometric parameters on MZ, DZ twins and MN-paired singletons. American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics, 111 (1), p.44–51. Naini, F. B., Moss, J. P. (2004). Three-dimensional assessment of the relative contribution of genetics and environment to various facial parameters with the twin method. American journal of orthodontics and dentofacial orthopedics: official publication of the American Association of Orthodontists, its constituent societies, and the American Board of Orthodontics, 126 (6), p.655–665. Nikolova, M., Susanne, C. (1996). Familial resemblance for anthropometrical traits in a Bulgarian population. International Journal of Anthropology, 11 (1), p.27–33. Park, D. H., Oh, C. H. (2012). Anthropometry of Eyelids. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer, p.655–664. Prendergast, P. M. (2012). Facial Proportions. In: Erian, A., Shiffman, M. A. (eds.), Advanced Surgical Facial Rejuvenation, Springer Berlin Heidelberg, p.15–22. Purkait, R. (2012). Anthropometry of Normal Human Auricle. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, II., New York, N.Y: Springer, p.903–917. Rak, R., Matyáš, V., Říha, Z. (2008). Biometrie a identita človeka ve forenzních a komerčních aplikacích. Praha: Grada. Razdan, A., Bae, M. S., Chowdhari, M., Farin, G. (2007). State of 3D Face Biometrics for Homeland Security Applications. In: Chen, H., Santanam, R., Ramesh, R., Vinze, A., Zeng, D. (eds.), National Security, Amsterdam; Oxford: Elsevier, p.73–99. Richtsmeier, J. T., DeLeon, V. B., Lele, S. R. (2002). The promise of geometric morphometrics. American journal of physical anthropology, Suppl 35, p.63–91. Savoye, I., Loos, R., Carels, C., Derom, C., Vlietinck, R. (2009). A genetic study of anteroposterior and vertical facial proportions using model-fitting. The Angle Orthodontist, research-article. Sforza, C., Dellavia, C., De Menezes, M., Rosati, R., Ferrario, V. F. (2012a). ThreeDimensional Facial Morphometry: From Anthropometry to Digital Morphology. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer. Sforza, C., Grandi, G., Binelli, M., Dolci, C., De Menezes, M., Ferrario, V. F. (2010). Age82
and sex-related changes in three-dimensional lip morphology. Forensic Science International, 200 (1–3), p.182.e1–182.e7. Sforza, C., Grandi, G., Binelli, M., Tommasi, D. G., Rosati, R., Ferrario, V. F. (2009a). Age- and sex-related changes in the normal human ear. Forensic Science International, 187 (1–3), p.110.e1–110.e7. Sforza, C., Grandi, G., Catti, F., Tommasi, D. G., Ugolini, A., Ferrario, V. F. (2009b). Ageand sex-related changes in the soft tissues of the orbital region. Forensic Science International, 185 (1–3), p.115.e1–115.e8. Sforza, C., Grandi, G., De Menezes, M., Tartaglia, G. M., Ferrario, V. F. (2011). Age- and sex-related changes in the normal human external nose. Forensic Science International, 204 (1–3), p.205.e1–205.e9. Sforza, C., Laino, A., Grandi, G., Tartaglia, G. M., Ferrario, V. F. (2012b). Anthropometry of Facial Beauty. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, I., New York, N.Y: Springer. Sforza, C., Rosati, R., De Menezes, M., Dolci, C., Ferrario, V. F. (2012c). ThreeDimensional Computerized Anthropometry of the Nose. In: Preedy, V. R. (ed.), Handbook of anthropometry: physical measures of human form in health and disease, II., New York, N.Y: Springer, p.575–592. Sinel’nikov, R. D. (1980). Atlas anatomie člověka I. 3. přeprac. a dopl. vyd. Praha: Avicenum. Štefan, J. (2012). Soudní lékařství a jeho moderní trendy. 1. vyd. Praha: Grada. Stegmann, M. B. (2000). Active appearance - Theory, Extensions & Cases. Master Thesis, Lyngby: Technical University of Denmark. Taylor, K. T. (2001). Forensic art and illustration. Boca Raton, Fla.: CRC Press. Thompson, T. J. U., Black, S. M., British Association for Human Identification. (2007). Forensic human identification: an introduction. Boca Raton: CRC Press. Thornhill, R., Gangestad, S. W. (1999). Facial attractiveness. Trends in Cognitive Sciences, 3 (12), p.452–460. Ulijaszek, S. J. (1998). Cambridge encyclopedia of human growth and development. 1st ed. Cambridge: Cambridge University Press. Urbanová, P. (2010). Využití metod geometrické morfometrie v biologii člověka a přidružených oborech. Habilitační práce, Brno: Masarykova Univerzita, Přírodovědecká fakulta, Ústav Antropologie. Urbanová, P., Králík, M. (2009). 15. Appendix. Kvantitativní popis tvaru pomocí metod geometrické morfometrie. In: Malina, J. (ed.), Čas lovců: Aktualizované dějiny paleolitu, Panoráma antropologie biologické - sociální - kulturní: modulové učební texty pro studenty antropologie a ‘příbuznych oboru’ 32, 1st ed, Brno: Nadace Universitas Akademické nakladatelství CERM, p.277–291. 83
Vanco, C., Kasai, K., Sergi, R., Richards, L. C., Townsend, G. C. (1995). Genetic and environmental influences on facial profile. Australian Dental Journal, 40 (2), p.104– 109. Vargová, L. (2008). Anatomie pro antropology. II: Splanchnologie, Panoráma antropologie biologické - sociální - kulturní: modulové učební texty pro studenty antropologie a ‘příbuznych oboru’ 36. Malina, J. (ed.). Brno: Nadace Universitas : Akademické nakladatelství CERM. Weinberg, S. M., Parsons, T. E., Marazita, M. L., Maher, B. S. (2013). Heritability of face shape in twins: a preliminary study using 3D stereophotogrammetry and geometric morphometrics. Dentistry 3000, 1 (1). Wild, H. A., Barrett, S. E., Spence, M. J., O’Toole, A. J., Cheng, Y. D., Brooke, J. (2000). Recognition and sex categorization of adults’ and children’s faces: examining performance in the absence of sex-stereotyped cues. Journal of experimental child psychology, 77 (4), p.269–291. Woodward, J. D., Orlans, N. M., Higgins, P. T. (2003). Biometrics. McGraw-Hill/Osborne. Zelditch, M. (2004). Geometric morphometrics for biologists: a primer. Amsterdam; Boston: Elsevier Academic Press.
Internetové zdroje Arnold, P. (2009). The Genetics of Hair Colour and the Genetics of Facial Characteristics. Bright Hub. [Online]. Dostupné z: www.brighthub.com/science/genetics/articles/25112.aspx [cit. 22. ledna 2013]. Blažek, V. (2009). Percepce obličeje v raném období. E-psychologie. [Online]. Dostupné z: www.e-psycholog.eu/pdf/blazek.pdf [cit. 4. prosince 2013]. Douglas, L. F., Walter, N. E. (2013). Major Depression and Genetics - Genetics of Brain Function - Stanford University School of Medicine. [Online]. Dostupné z: www.depressiongenetics.stanford.edu/mddandgenes.html [cit. 21. prosince 2013]. Hammer, O., Harper, D. A. T., Ryan, P. D. (2001). PAST: Paleontological Statistics software package for education and data analysis. [Online]. Dostupné z: www.folk.uio.no/ohammer/past. [cit. 20. prosince 2013]. Khan, R. (2011). Heritability and genomics of facial characteristics - Gene Expression. Discover magazine. [Online]. Dostupné z: www.blogs.discovermagazine.com/gnxp/2011/06/heritability-and-genomicsof-facial-characteristics/#.UoUhluIilY8 [cit. 14. listopadu 2013].
84
Kriminalistika.unas.cz: vše co jste potřebovali vědět o kriminalistice (n.d.). [Online]. Dostupné z: www.kriminalistika.unas.cz/obory/vzhled.htm [cit. 1. listopadu 2013]. Louis Alphonse Bertillon (n.d.). [Online]. Dostupné z: www.quido.cz/osobnosti/bertillon.htm [cit. 22. ledna 2013]. Policie České republiky: Případy, na kterých se KÚP podílel (n.d.). [Online]. Dostupné z: www.policie.cz/clanek/pripady-na-kterych-se-kup-podilel.aspx? q=Y2hudW09NQ%3D%3D [cit. 1. listopadu 2013]. Portál Bezpečný kraj: Kriminalistická identifikace osob, identikit (n.d.). [Online]. Dostupné z: www.bezpecnykraj.cz/kriminalisticka-identifikace-osob-identikit.aspx [cit. 1. listopadu 2013]. PRISM: Partnership for Research in Spatial Modeling (n.d.). [Online]. Dostupné z: prism.engineering.asu.edu/research/3dface.php [cit. 26. ledna 2013]. Šípek, A. (2010). Genetika - Biologie. [Online]. Dostupné z: www.genetika-biologie.cz/epikantus [cit. 26. listopadu 2013]. Urban, T. (2009). Virtuální svět genetiky 3. Genetické parametry - základní metody odhadů - ANOVA. [Online]. Dostupné z: www.user.mendelu.cz/urban/vsg3/param/param4.html [cit. 5. prosince 2013].
Použitý morfometrický a statistický software Canfield Scientific Inc. (2008). VAM module. Cignoni, P. (2012). MeshLab Visual Computing Lab - ISTI – CNR, verze 1.3.2_64bit. Klingenberg, Christian Peter (2011). MorphoJ: an integrated software package for geometric morphometrics. Molecular Ecology Resources, advance online publication. StatSoft, Inc. (2011). STATISTICA [softwarový systém na analýzu dat], verze 10. www.statsoft.com.
85
PŘÍLOHY Příloha 1:
Informovaný souhlas a údaje o probandovi
Příloha 2: Vzdálenosti bodů A-B pro jednotlivá měření D1, D2, D3, D¯ Příloha 3: Vzdálenosti bodů A-B pro jednotlivá měření D1, D2, D3, D¯ u zrcadlově převráceného modelu Příloha 4: Relativní chyba měření; porovnání mezi 1.-2., 1.-3., 2.-3. měřením; barevně jsou vyznačeny rel. chyby, které jsou větší než 0,2 Příloha 5: Relativní chyba měření; porovnání mezi 1.-2., 1.-3., 2.-3. měřením u zrcadlově převráceného modelu; barevně jsou vyznačeny rel. chyby, které jsou větší než 0,2
86
Příloha 1
87
Příloha 2
88
Příloha 2
89
Příloha 2
90
Příloha 3
91
Příloha 4
92
Příloha 4
93
Příloha 5
94
