A Aproximação Facial Digital 3D do Crânio Skhūl V (80.000-120.000 AP)¶
Atenção
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Introdução¶
Skhūl V é o nome dado a um fóssil com idade entre 80.000 e 120.000 anos antes do presente (AP), descoberto por Theodore McCown e Hallam L. Movius Jr., em 1932, no Monter Carmel, Israel [A_SMITHSONIAN_2022]. Inicialmente foi classificado como um exemplar de Homo heidelbergensis em face às robustas e arcaicas características do crânio, posteriormente como Paleoanthropus palestinensis. Durante os anos de 1940 uma série de outros estudos foram efetuados até que, finalmente, foi estabelecido que, na verdade, tratava-se de um Homo sapiens arcaico ou humano arcaico [A_Grant_2018]. A discussão acerca do que seria um humano moderno e um humano arcaico não conta com um consenso, de modo que os pesquisadores procuraram classificar as características estruturais do crânio Skhūl V comparando-os com humanos modernos e outras amostra do gênero Homo, como os heidelbergensis e neanderthalensis [A_Grant_2018] [A_McCown_1939] [A_Vasilyev_2015]. Algumas características arcaicas podem ser observadas como ossos esfenóides maiores, toro supraorbital pronunciado, região zigomática com uma curvatura significativamente alta, espessura óssea considerável e testa relativamente retraída. Outros indicam elementos sapientes ou modernos como a abobada craniana alta e longa, inclusive a supracitada região supraorbital foi classificada como uma morfologia neandertalóide-sapitente. O mesmo pode ser observado na região do queixo, pois, apesar de contar com a estrutura ausente nos neandertais, a mesma é significativamente menor do que a curvatura média de um humano moderno. A capacidade craniana geralmente atribuída a Skhūl V é de ~1520 cm³ [A_Grant_2018] [A_Vasilyev_2015], no entanto, parece se tratar de um erro advindo do cálculo externo do crânio pela fórmula de Person, para se estipular o volume do endocrânio. O próprio estudo, publicado em 1939 indica que, ao se mensurar o volume do endocrânio utilizando água, o valor encontrado foi de ~1450 cm³ [A_McCown_1939], mesmo assim acima da média dos humanos modernos, indicando uma afinidade mixada entre aqueles e o neanderthalensis, cujo volume geral é geralmente maior do que a média do H. sapiens. Tais características fomentam um debate amplo sobre a classificação do crânio apresentado neste estudo, de modo que alguns estudiosos propõe que, na verdade, pode se tratar de uma espécie em transição que mostra semelhanças com o Homo sapiens moderno [A_Grant_2018].
Materiais e Métodos¶
Conceitos, Software e Hardware¶
A reconstrução facial forense (RFF) ou aproximação facial forense (AFF) [A_Stephan_2015], é uma técnica auxiliar de reconhecimento, que reconstrói/aproxima a face de um crânio e é utilizada quando há escassa informação para a identificação de um indivíduo a partir dos seus restos mortais [A_Pereira_2015]. Nota-se que a técnica não se trata de identificação, como aquelas oferecidas por DNA ou análise comparativa de arcos dentários, mas sim de um reconhecimento que pode levar à posterior identificação.
Para que o processo de AFF seja viabilizado é necessário contar com o crânio a ser aproximado. Tal peça foi adquirida em um processo puramente online, com posterior importação digital. A aproximação facial seguiu a mesma abordagem descrita em Moraes (2023) [A_Moraes_2023] e Abdullah et al. (2022) [A_Abdullah_2022], com pequenas adaptações.
O processo de modelagem foi efetuado no software Blender 3D, rodando o add-on OrtogOnBlender (http://www.ciceromoraes.com.br/doc/pt_br/OrtogOnBlender/index.html) e seu submódulo ForensicOnBlender. O programa e o add-on são gratuitos, de código aberto e multiplataforma, de modo que podem rodar no Windows (>=10), no MacOS (>=BigSur) e no Linux (=Ubuntu 20.04).
No caso do presente trabalho, foi utilizado um computador desktop com as seguintes características:
Importação do Crânio Digital¶
Fig. 1 Crânios importados e sobrepostos.¶
Para viabilizar o processo de aproximação facial foram importadas quatro peças, sendo dois crânios e duas mandíbulas advindas do perfil RLA Archaeology no portal Sketchfab (https://sketchfab.com/rla-archaeology). Os modelos foram disponibilizados para download em vários formatos populares, dentre eles o .OBJ, utilizado neste material, todos sob a licença Creative Commons (CC Attribution-NonCommercial). O crânio nomeado “Homo sapiens Skhul 5 (2501.1rp37-1)” contava com as dimensões de 218 x 144 mm x 147 mm, já o modelo nomeado “Homo sapiens (Skhul 5) (1979rp32)”, as dimensões de 219 mm x 146 mm x 149 mm. A mandíbula nomeada “Homo sapiens Skhul 5 (2501.1rp37-2) - mandible”, contava com as dimensões de 107 mm x 128 mm x 73 mm, já a nomeada “Homo sapiens (Skhul 5) (1979rp31) - mandible”, contava com as dimensões de 112 mm x 134 mm x 73 mm. Para complementar os dados acerca do volume, os quatro modelos foram importados em uma mesma cena no Blender 3D e sobrepostos, tendo como elemento base de alinhamento o plano horizontal de Frankfurt (Fig. 1).
Fig. 2 Projeções e mensurações sobre o crânio.¶
Com os crânios importados e alinhados ao plano de Frankfurt, uma série de pontos anatômicos foram distribuídos ao longo das peças anatômicas, de modo a fornecer projeções relacionadas a estruturas do tecido mole e ósseos, baseadas em mensurações efetuadas em tomografias de indivíduos modernos de ancestralidades diferentes [A_Moraes_2022]. Segundo o citado estudo, a linha fmo-fmo (distância orbital frontomalar) que tangencia o limite lateral das órbitas, geralmente coincide com a distância bigonial (go-go). No entanto, ao se observar a imagem ortográfica frontal das projeções, percebe-se pelos círculos pontilhados em branco, que há uma significativa diferença entre as estruturas (Fig. 2, A). Curiosamente, segundo a publicação da descoberta, com mensurações efetuadas na mandíbula original ([A_McCown_1939], p. 229) a distância bigonial do Skhūl V seria de 98 mm, o que bate com os crânios modernos, cuja média é de ~97 mm. A título de informação, houve uma pequena diferença na distância bigonial entre as mandíbulas importadas na cena, onde uma apresentou a distância de 93 mm e a outra 99 mm, tal discrepância mostra a importância de se complementar o material utilizado, uma vez que se tratam de réplicas que foram digitalizadas por fotogrametria, podendo apresentar pequenas distorções (Fig. 2, A). Ainda se falando acerca da discrepância entre a distância fmo-fmo e a bigonial (go-go), não foram encontradas situações compatíveis em crânios modernos, mas o mesmo não se aplica aos mais antigos, como no caso de AVA (9.800 AP), que conta com uma característica semelhante [A_Moraes_2023b]. Quando se observa a projeção do ponto nasoespinale (Ns), dos incisivos e do mento, percebe-se que, as projeções a partir do distância fmo-fmo (Fig. 2, B em azul envolto por retângulo com traçado branco), estão significativamente abaixo, no eixo Z do esperado. Já as projeções baseadas na média (Fig. 2, B em verde envolto por retângulo com traçado branco) estão próximas das regiões pretendidas, todas dentro do desvio padrão e a projeção do ponto nasoespinale bate perfeitamente. Também comparou-se o desenho lateral do arco zigomático com outros crânios, sendo eles Homo sapiens arcaicos (n=4) e um grupo formado por humanos modernos (n=30) [A_Moraes_2023c]. A linha pink, correspondente ao desenho gerado pelo zigomático do crânio Skhūl 5 tangencia a porção posterior, continuando o traço rumo a porção cranial, o que difere dos demais crânios arcaicos e mesmo dos H. sapiens modernos. Aparentemente se compatibiliza com os humanos arcaicos na porção anterior e com os modernos na posterior (Fig. 2, C).
Fig. 3 Etapas da aproximação facial digital 3D.¶
Para a aproximação facial forense, não foi utilizado o passo da colocação dos marcadores de espessura de tecido mole, pois não há uma população que sabidamente seja compatível com o crânio Skhūl V, no entanto, a deformação anatômica serve bem aos propósitos deste trabalho, uma vez que foi base para a aproximação facial de 24 hominídeos apresentados em uma mostra realizada em 2015 na Itália [A_Bezzi_2016]. A deformação anatômica permite que a malha composta pelo tecido mole e o crânio de um doador virtual seja deformada sobre o crânio a ser aproximado, de modo que se adéque ao mesmo ajustando o tecido mole e oferecendo uma abordagem de como poderia ser a face do indivíduo (Fig. 2, A e B). Tal deformação é complementada pelo traçado do nariz, utilizando como base da projeção os dados de uma série de mensurações efetuadas em tomografias de indivíduos vivos [A_Moraes_2022]. Além da projeção nasal, a deformação anatômica se adequa a uma série de marcadores projetados frontalmente, como a dimensão dos lábios, orelhas e posição dos olhos, apenas o nariz necessitou de um leve ajuste de modo que fosse aumentado no eixo X para se adequar aos limites propostos pelo algoritmo (Fig. 2, C). Assim que deformado, o crânio do doador virtual fornece os dados do endocrânio, uma vez que os ossos reconstruídos da tomografia computadorizada tem espessura e o seu “negativo” pode ser segmentado e convertido em um volume compatível com o endocast. Como abordado anteriormente, o volume extraído do endrânio do fóssil Skhūl V pela fórmula de Person resultou em 1520 cm³, já a mensuração baseada em volume aquático resultou em ~1450 cm³ [A_McCown_1939]. A malha segmentada advinda da deformação anatômica apresentou um volume de 1423 cm³, sendo portanto compatível com a mensuração mais coerente com o modelo físico (Fig. 2, E). A malha deformada recebeu a uma face aproximada de outro trabalho, e assim como foi documentado em [A_Moraes_2023] e [A_Abdullah_2022], tal malha foi ajustada a aproximação atual (Fig. 2, D), os pelos, barba cabelos foram configurados (Fig. 2, F) e as imagens e vídeo final gerados.
Resultados¶
Foram trabalhadas duas abordagens relacionadas a aproximação facial, uma mais objetiva e outra mais artística. A abordagem objetiva consistiu em um busto dotado dos elementos intimamente ligados aos aspectos anatômicos da aproximação e uma vez que a etapa inicial do processo foi composta apenas por dados colhidos de tomografias, foi possível gerar uma face anatomicamente coerente, em tom sépia, pois não é possível saber com exatidão a coloração da pele. A aproximação também está sem barba e cabelos, posto que não há informações acerca da configuração destas estruturas (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6, Fig. 7).
Fig. 4 Imagem objetiva frontal.¶
Fig. 5 Imagem objetiva 3/4.¶
Fig. 6 Imagem objetiva lateral inferior.¶
Fig. 7 Imagem objetiva de perfil.¶
A abordagem mais artística consistiu em uma imagem com a coloração da pele, com pêlos, barba e cabelos e a exploração da arcada dentária e dos olhos, de modo a configurar uma leve expressão facial (Fig. 8, Fig. 9). Ainda que contenha elementos especulativos acerca da aparência do indivíduo, por se tratar de um trabalho que será apresentado ao público geral, fornece os elementos necessários para que passe um aspecto facial vivificado, muito difícil de se viabilizar apenas com a exposição do crânio e pobre de apelo visual na imagem objetiva em tom sépia. Também foi disponibilizado um vídeo para apreciação progressiva das etapas da aproximação facial (https://youtu.be/ED3M7zjEx9w). Por se tratar de um trabalho sem fins lucrativos, as imagens resultantes foram disponibilizadas sob licença Creative Commons.
Fig. 8 Imagem com elementos subjetivos - frontal.¶
Fig. 9 Imagem com elementos subjetivos - 3/4.¶
Como supramencionado, o doador virtual teve o endocrânio segmentado, resultando em uma estrutura de 1423 cm³/ml. Um gráfico foi gerado a partir de um grupo de 50 endocrânios de Homo sapiens, 31 do sexo masculino e 19 do sexo feminino. Além do volume do endocrânio (eixo X) também conta com a circunferência da cabeça (eixo Y) (Fig. 10). Com exceção de um doador virtual do sexo masculino, todos os demais dados foram extraídos de aproximações faciais forenses efetuadas pelo autor.
De modo a comparar uma população com mais de 30.000 anos, foram destacados três outros crânios: Mladeč 1 de ~31.000 AP [A_Moraes_2022b], Nazlet Khater 2 de ~35.000 AP [A_Moraes_2023d] e Zlatý kůň 1 de ~45.000 [A_Moraes_2023c]. Todos os crânios têm uma tendência de se afastarem significativamente da média, posicionando-se em regiões com grande volume do endocast e grande circunferência da cabeça, com exceção do Nazlet Khater 2, que se posicionou próximo a média geral. Em linhas gerais é possível atestar que o grupo dos fósseis tem uma tendência de se posicionar próximo grupo composto por neandertais, rhodesiensis e heidelbergensis (Fig. 10).
Fig. 10 Distribuição do volume do endocrânio e circunferência da cabeça.¶
Ao se comparar os dados do estudo com n=50 em relação a outros com números notoriamente maiores [A_Ritchie_2018] [A_Costa_2022] [A_Neubauer_2018], evidencia-se que a amostra conta com uma distribuição semelhante àqueles (Fig. 11). Ao se aplicar o fator de -9,81% para converter o volume do endocrânio em volume cerebral [A_Moraes_2023e], chega-se a 1283 cm³, ou seja, 49 cm³ acima da média, logo, ao se utilizar os dados de Ritchie et al. (2018) (n=2466) [A_Ritchie_2018], o cérebro de Skhūl V está a meio desvio padrão acima da média para o sexo masculino. Já a circunferência da cabeça, que resultou em 58,4 cm, está a quase um desvio padrão tanto do grupo das aproximações faciais, quanto do trabalho de Costa et al. (2022) (n=1045) [A_Costa_2022]. Quando se leva em consideração o grupo de ambos os sexos do Homo sapiens, o endocrânio de Skhūl V também está acima da média geral, segundo o trabalho com as aproximações faciais e de Neubauer et al. (2018) (n=89) [A_Neubauer_2018] está a 0,58 desvio padrão acima da média e em relação a Ritchie et al. (2018) (n=5216) [A_Ritchie_2018] está a 1,30 desvio padrão acima da média.
Fig. 11 Volume do endocrânio/cerebral e cirucunferência da cabeça - comparação entre estudos.¶
Buscando compreender estruturalmente a diferença da mandíbula de fósseis pertencentes a um período que abrange de 32.000 a 45.000 AP, as mandíbulas do grupo de 30 indivíduos modernos e outros fósseis (n=14) foram mensuradas em duas distância, a sch-scp e pch-acp, ambas apenas no eixo Y, sendo sch a margem superior da cabeça do côndilo, a scp o processo coronóide, a pch a margem posterior da cabeça do côndilo e a acp a borda do ramo [A_Moraes_2023]. Medidas adiconais foram efetuadas a partir do trabalho de [A_McCown_1939].
Fig. 12 Distribuição das medidas pch-acp no eixo X e sch-scp no eixo Y, o diâmetro das esferas é proporcional à soma das duas medidas (pch_acp)+(sch_scp). As cores representam o sexo, sendo azul masculino, vermelho feminino e amarelo indefinido.¶
O gráfico plotado com as medidas das mandíbulas foi dividido em três grupos, um composto por humanos modernos, um composto por humanos arcaicos compreendendo um período de 32.000 a 120.000 anos antes do presente (AP) e um composto por H. heidelbergensis e H. neanderthalensis (majoritariamente). Em linhas gerais os humanos arcaicos tendem a se compatibilizar mais com o grupo dos neandertais, no entanto, atesta-se que o crânio Skhūl V está praticamente na intersecção dos três grupos, sendo o limite superior (em números) do sapiens moderno e os limites inferiores dos sapiens arcaicos e neandertais/heidelbergensis (Fig. 12).
Conclusão¶
O presente trabalho foi bem sucedido em aproximar a face do indivíduo Skhūl V com arquivos disponíveis sob licença livre de modo online, utilizando a técnica de deformação anatômica. Mais do que simplesmente revelar a face, outras abordagens permitiram fazer medições que corroboraram com os estudos originais do crânio, bem como demonstraram o mosaico de características que tornam a classificação estrutural do H. sapiens um grande desafio.
Agradecimentos¶
Ao Dr. Richard Gravalos por ceder a tomografia do doador virtual utilizada neste estudo, bem como à RLA Archaeology por ceder o crânio base para a aproximação, sob licença Creative Commons.
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