Wykorzystanie najnowszych technologii skanowania 3D w badaniach antropologicznych człowieka

Pracownia Biobank Katedry Biofizyki Molekularnej Uniwersytetu Łódzkiego otrzymała dofinasowanie z Funduszy Europejskich na projekt związany ze skanowaniem i cyfrowym udostępnianiem szczątków ludzkich.
Ideą programu, realizowanego przy współpracy z Katedrą Antropologii Uniwersytetu Łódzkiego, było stworzenie cyfrowej platformy informacyjnej „e-Czlowiek.pl”. W tym celu zakupiony został nowoczesny skaner optyczny 3D SMARTTECH3D UNIVERSE w rozdzielczości 5MPix, który pozwala uzyskać aż 73 pkt na mm2 przy zachowaniu dokładności pomiarowej na poziomie 60 μm. Urządzenie pracuje w oparciu o technologię z wykorzystaniem białego światła strukturalnego LED.

Digitalizacji poddano kolekcję osteologiczną, składającą się ze szczątków 200 osób zamieszkujących tereny Brześcia Kujawskiego od czasów wczesnego średniowiecza do XIX wieku. Zeskanowane czaszki oraz części szkieletu postkranialnego zostały dzięki temu udostępnione szerszemu gronu badaczy, co umożliwiło przeprowadzenie głębszych analiz dotyczących pokrewieństwa i przemian ludności z terenów centralnej Polski.

Samo skanowanie 3D polega na uzyskaniu informacji o kształcie, geometrii obiektu oraz utworzenie jego wirtualnej, cyfrowej kopii. W wyniku skanowania otrzymuje się chmurę punktów, czyli zbiór odzwierciedlający powierzchnię skanowanego przedmiotu. Są one opisane za pomocą trzech współrzędnych X, Y, Z oraz mogą przechowywać dodatkowo informacje o kolorze obiektu (R, G, B). Na podstawie uzyskanej chmury punktów tworzona jest siatka trójkątów, która odwzorowuje płaszczyznę zeskanowanego artefaktu .

Skanowanie 3D w kwestii określania pokrewieństwa i przynależności etnicznej mieszkańców Kujaw

Dzięki dodatkowym badaniom, naukowcom udało się również wyizolować pełne genomy, czyli sekwencje starożytnego DNA (aDNA – ang. Ancient DNA). Przy zestawieniu z dokładnymi skanami 3D czaszek antropolodzy postanowili odpowiedzieć na pytania, jak zmieniali się ludzie, a także określić ich pokrewieństwo i przynależność etniczną. Kiedyś takie badania obejmowały jedynie sprawdzenie cech morfologicznych czaszek – wspomina Prof. Wiesław Lorkiewicz z Katedry Antropologii Uniwersytetu Łódzkiego. Dzięki technologii skanowania 3D antropolodzy uzyskali pełny obraz danych w wersji cyfrowej, co umożliwiło przeprowadzenie dokładnych analiz i porównania zmian kształtu czaszek na przestrzeni ostatniego tysiąclecia.

Obszar w okolicy Brześcia Kujawskiego nie został wybrany przypadkowo. Zdaniem archeologów oraz antropologów tereny centralnej Polski wykazują nieprzerwaną ciągłość osadniczą już od czasów neolitu (ok. 5500 p.n.e.), związanego z osadnictwem pierwszych społeczności rolniczych. Kujawy są również obszarem reprezentatywnym dla populacji polskiej od czasów wczesnego średniowiecza do XIX wieku. Stworzona przy współpracy z firmą SMARTTECH3D cyfrowa baza danych kości i czaszek oraz baza genetyczna, pozwoli także porównać populacje z ostatniego tysiąclecia z populacjami sprzed naszej ery. Naukowcy próbują również określić na ile zróżnicowana była populacja zamieszkująca tereny centralnej Polski.

Badania zmienności ciała ludzkiego od wczesnego średniowiecza

Dzięki całemu projektowi antropolodzy byli w stanie również określić, jak zmieniała się wysokość ciała ludzi od wczesnego średniowiecza do XIX wieku. Jak wynika z ich badań średnia wysokość mężczyzny w okresie wczesnego średniowiecza, była bardzo zbliżona do średniej z lat 60. XX wieku. Potem następuje wyraźny spadek wysokości ciała, który trwa nieprzerwanie aż do wieku XIX. W tym okresie przeciętny mężczyzna mierzył niewiele ponad 160 cm, a średnia ta zaczyna wyraźnie wzrastać i trwa aż po dzień dzisiejszy.
Zdaniem badaczy biorących udział w projekcie, stworzenie cyfrowej bazy złożonej ze szczątków ludzkich oraz pełnych genomów, przyczyniło się do wyznaczenia nowych trendów w dziedzinie udostępniania danych naukowych. Naukowcy dostrzegają potrzebę dotarcia zarówno do innych badaczy, którzy będą wykorzystywać dane cyfrowe do dalszych analiz, jak i do pasjonatów historii, którzy pragną poszerzyć swoją wiedzę na temat tego obszaru oraz dawnych przodków.

Proces skanowania 3D jest całkowicie nieinwazyjny i bezdotykowy, co umożliwia wykonanie dokładnych pomiarów zabytków archeologicznych bez naruszania ich struktury. Ogromnym atutem skanowania 3D z wykorzystaniem światła białego jest idealnie odwzorowanie kolorów oraz wysoka dokładność skanów 3D. Dodatkową zaletą systemu są funkcje tworzenia wirtualnych przekroi obiektów, wykonywania dokładnych pomiarów lub sprawdzania objętości i pola powierzchni. Antropolodzy z Uniwersytetu Łódzkiego otrzymali tym samym idealne narzędzie pracy, pozwalające poszerzyć ich zakres analiz, które przy zastosowaniu standardowych metod pomiarowych, są po prostu niemożliwe.

Czytaj więcej o projekcie: //naukawpolsce.pl/aktualnosci/news%2C77226%2Cskany-3d-czaszek-i-zbior-starozytnego-dna-trafia-na-informacyjna-platforme-e 

Czytaj więcej o zastosowanym skanerze 3D – Uniweresalny skaner 3D