Портретная и антропометрическая реконструкция человека методами статистической дерматоглифики
Проведена оценка уравнений прогноза половой принадлежности, цвета кожи, волос и глаз, а также уравнений реконструкции антропометрических показателей человека по дерматоглифическим показателям.
Ключевые слова: дерматоглифика, портретная и антропометрическая реконструкция, отпечатки пальцев.
В современных условиях проблема идентификации неопознанных трупов становится все более актуальной. Наиболее надежным методом идентификации в таких случаях считаются методы молекулярно-генетического анализа ДНК. К основным недостаткам этих методов относят необходимость их дублирования для получения приемлемой надежности, обусловленной сложностью этих методов. В результате это делает их достаточно дорогими. Портретная и антропометрическая реконструкция человека по отпечаткам ладоней необходима и для экспрессной визуализации при проведении оперативно-розыскных мероприятий правоохранительными органами. Методы такой реконструкции должны использовать такие фенотипические характеристики, которые обладают большой вариабельностью в популяции, при их индивидуальности и постоянстве во времени у отдельной личности. Среди таких характеристик наибольшей привлекательностью обладает дерматоглифика – папиллярные узоры гребешковой кожи рук.[1] Термин «дерматоглифика», обозначающий «узоры на коже», предложил в 1926 г. Гарольд Камминс. А первую монографию по дерматоглифике написал в 1880 г. известный статистик, основатель биометрики Френсис Гальтон.
Дерматоглифический анализ используется в клинической генетике для диагностики различных видов наследственных патологий. В настоящее время дерматоглифические признаки включают в себя 40–50 характеристик кожных узоров двух ладоней человека. В работах современных генетиков обосновывается взаимосвязь особенностей генотипа человека и морфогенетических признаков с параметрами гребешковой кожи ладоней [2, 3].
Для изучения возможностей портретной и антропометрической реконструкция человека методами статистической дерматоглифики анализировалась выборка наблюдений из 3000 человек, содержащая значения 110 признаков. Помимо пола, данные признаки включали цвет кожи, волос, глаз, а также набор характеристик формы лица и головы, телосложения и 44 дерматоглифических показателя кистей левой и правой рук. Целью работы являлась оценка уравнений прогноза половой принадлежности, цвета кожи, волос и глаз, а также уравнений реконструкции антропометрических показателей человека по дерматоглифическим показателям. Для решения задачи использовались разнообразные методы многомерной статистики – такие как метод главных компонентов для качественных признаков, кластерный анализ, различные виды регрессионного анализа, анализ многомерных таблиц сопряженности и т.д.
Сложность задачи состояла в том, что часть дерматоглифических признаков имела количественную природу, а другая часть – качественную. Использование в качестве предикторов исходных признаков позволило оценить решающие правила для признака «Пол», обеспечивающие правильное предсказание примерно в 80% случаев. Применение метода бинарных решающих правил с использованием только качественных признаков позволило повысить надежность прогноза: ошибочный прогноз был сделан лишь для 13 из 3000 наблюдений. Отметим, что связи между полом и качественными признаками левой и правой кистей были выражены сильнее для правой (средняя величина V-Крамера 0,2), чем для левой (средняя величина V-Крамера 0,15). Максимальные различия в интенсивности связи наблюдались для пары «Пол» и «Рисунок большого пальца» (V-Крамера равно 0,14 для левой кисти и 0,33 – для правой). Сравнение двух половых подгрупп по 28 количественным дерматоглифическим показателям позволило установить, что лишь у 6 показателей меры положения статистически значимо не различаются (критический уровень значимости принимался равным 5%).
При оценке уравнений связи для таких признаков как цвет кожи (светлая и смуглая), волос (прямые, волнистые и вьющиеся) и глаз (серые, карие, зеленые и голубые) обнаружено, что гораздо лучшие результаты удается получить для женской популяции. Аналогичная ситуация наблюдалась и при оценке уравнений прогноза для остальных 22 качественных признаков, характеризующих форму лица и головы, а также общее телосложение. В тех случаях, когда для мужской популяции правильное предсказание значения качественного признака отмечалось примерно в 80-90% случаев, для женской популяции данный процент достигал величины 90-100%. Это свидетельствует о том, что реальные алгоритмы для практического применения должны использовать байесовский подход.
При оценке уравнений для 38 количественных признаков, характеризующих величину отдельного элемента лица, головы и туловища, было установлено, что использование непосредственных значений дерматоглифических показателей не обеспечивает надежной реконструкции этих величин. Для улучшения качества прогноза были привлечены разнообразные нелинейные преобразования исходных значений 44 дерматоглифических показателей, в том числе и переход к энтропийным показателям. В результате определены оптимальные преобразования, которые обеспечивали достаточно высокий или приемлемый уровень коэффициента детерминации. Так, в мужской популяции для признака «Рост» уравнение обеспечивало скорректированный R м2 =0.9717, а в женской популяции – R ж2 =0.9885;
для признака «Продольный диаметр груди» R м2 =0.9401 и R ж2 =0.9471; для признака «Обхват груди» R м2 =0.9715 и R ж2 =0.9932 и т.д. Стандартизованные коэффициенты для предикторов в множественных регрессионных уравнениях связи различались между собой подчас в несколько раз. При этом во многих уравнениях доминировали стандартизованные коэффициенты одних и тех же наборов дерматоглифических признаков, что дает возможность говорить об их большей информативности по сравнению с остальными признаками.
Данные результаты позволяют предположить, что исторически сложившаяся система описания дерматоглифических признаков, включающая набор дискретных показателей кожных узоров кистей рук, не является оптимальной для решения задач портретной и антропометрической реконструкции. Полученные результаты говорят о наличии объективно существующих нелинейных аллометрических взаимосвязей между изучаемыми дерматоглифическими признаками, с одной стороны, и портретными и антропометрическими показателями, – с другой. В силу этого нам представляется перспективным использовать для этих целей теории трансформации д'Арси Томпсона [4]. Мы полагаем, что использование данного подхода позволяет сконструировать новую систему дерматоглифических координат, которая даст возможность надежно и быстро решать задачу ре-конструкции портретных и антропометрических характеристик человека по отдельным наборам его дерматоглифических показателей.
Оценка числа возможных комбинаций дискретных дерматоглифических характеристик показывает, что для решения поставленной задачи необходимы более полные базы данных, содержащие порядка 40-50 тыс. наблюдений. Отечественные правоохранительные органы не выразили заинтересованности в создании таких баз данных и в решении на их основе поставленной задачи, тогда как зарубежные организации проявили больший интерес к данной постановке задачи исследования, и в скором времени, возможно, будет продолжение данных исследований, с использованием более полных баз данных. В результате таких исследований планируется создать автоматизированную систему визуальной реконструкции внешнего облика лица человека и его тела путем экспресс-анализа имеющегося отпечатка ладоней или их отдельных фрагментов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Божченко А.П., Ракитин В.А., Самарин А.И., Щербаков В.В. Методы дерматоглифики в идентификации личности погибших. – Ростов н/Д: ООО «Ростиздат», 2002. – 160 с.
2. Делоне Н.Л., Солониченко В.Г. Адаптивные фенотипы человека в физиологии и медицине // Успехи физиологических наук. – М: РАН, 1999. – Т.30, №2. – С. 50-62.
3. Гусева И.С. Морфогенез и генетика гребешковой кожи человека. – Минск, 1986.
4. Thompson D'Arcy W. On Growth and Form. – Macmillan; New York, 1945.
(с) В.П. Леонов, канд. техн. Наук, (Томский государственный университет)
