DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-03023-3
تاريخ النشر: 2026-10-06
المؤلف: Laura Gallardo وآخرون
الموضوع الرئيسي: تحليل مواد التراث الثقافي
نظرة عامة
تبحث الدراسة في توصيف المخطوطات المصنوعة من أوراق النخيل، والتي تُعتبر قطعًا ثقافية مهمة من جنوب وجنوب شرق آسيا. باستخدام نهج متعدد الوسائط يعتمد على السنكروترون الذي يدمج تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة وعريضة مع التألق بالأشعة السينية، تهدف الدراسة إلى استخراج أوصاف هيكلية وتركيبية من الأوراق غير المعالجة، وأدوات الكتابة، والمخطوطات. تشير النتائج إلى أنه بينما يمكن تصنيف مرحلة معالجة المخطوطات بشكل موثوق، فإن التمييز بين الأجناس يكون أكثر فعالية في المواد المعالجة مقارنة بالأوراق غير المعالجة. بالإضافة إلى ذلك، يظهر تصنيف الأصل الجغرافي قابلية جزئية للفصل، متأثرًا بتقاليد التحضير الإقليمية وعوامل نباتية وتدهور متنوعة.
تسلط الدراسة الضوء على تعقيد تحضير المخطوطات المصنوعة من أوراق النخيل، والذي يتضمن خطوات متعددة مثل القطع، والغلي، والتجفيف، والتلميع، وكل منها يمكن أن يغير الخصائص الفيزيائية والكيميائية للأوراق. الأجناس الرئيسية المستخدمة، Corypha L. و Borassus L.، تنتمي إلى عائلة Arecaceae وتظهر تباينات بناءً على الهوية النباتية ونضج الأوراق. تؤكد البحث على الحاجة لفهم شامل لممارسات الإنتاج التاريخية، حيث أن الوثائق الحالية محدودة وغالبًا ما تفتقر إلى أوصاف فنية مفصلة. الإطار التصنيفي الذي تم تطويره في هذه الدراسة، بناءً على تركيبات متعددة المتغيرات من البلورية، واتجاه الألياف، والأوصاف العنصرية، يسهل مقارنة المجموعات واستكشاف التشابهات المادية عبر تقاليد مختلفة، على الرغم من أنه يؤكد أن هذه التصنيفات يجب أن توضع في سياق الأدلة الكوديكولوجية والتاريخية.
الطرق
استخدمت الدراسة مجموعة بيانات متنوعة تتكون من أوراق مختارة من مجموعة CSMC، ومجموعات خاصة، وقطع مخطوطات، وأوراق مجففة، وأدوات كتابة متنوعة تم الحصول عليها من مؤسسات وحدائق نباتية متعددة. كان من بين المساهمين الرئيسيين المكتبة الحكومية وجامعة هامبورغ، ومدرسة Ecole Française D’extreme-Orient في بودوتشيري، ومركز الحفاظ على المخطوطات في كيرالا، من بين آخرين. تشمل مجموعة البيانات عينات تم فصلها بشكل طبيعي عن أشياء متدهورة، مما يسمح بإجراء تحليل علمي. تم توثيق بيانات وصفية مفصلة، بما في ذلك الأصل، والتعريف النباتي، ومرحلة المعالجة، والعمر المقدر للمخطوط، في البيانات التكميلية 1، بينما تم توضيح تفاصيل القياس والتجارب في البيانات التكميلية 2.
اتبعت عملية الجمع معايير أخلاقية، حيث تم الحصول على جميع الأذونات اللازمة للدراسة العلمية لعينات أوراق النخيل والمخطوطات. ومع ذلك، نظرًا لعدم اكتمال تاريخ الجمع، تختلف البيانات الوصفية المرتبطة بهذه الأشياء في اليقين. تم اشتقاق التصنيفات من سجلات الفهرس، ووثائق المتبرعين، والأعمال الميدانية، والفحوصات النباتية، وتقييمات الخبراء، مما يشير إلى أنه بينما تمثل أفضل المعلومات المتاحة، قد لا تعكس الحقائق التي تم التحقق منها بشكل مستقل. وبالتالي، تظل جوانب مثل الأصل الجغرافي التاريخي، وإجراءات التحضير، والعمر، وتاريخ التدهور غير مؤكدة أو تقريبية لجزء من مجموعة البيانات.
النتائج
تقيّم قسم النتائج أداء نماذج التصنيف للمخطوطات المصنوعة من أوراق النخيل بناءً على ثلاث خصائص: الأصل، الجنس، ومرحلة المعالجة. تم تقييم النماذج باستخدام التحقق المتقاطع، مما يكشف أن نموذج تعزيز التدرج (GB) وغابة عشوائية (RF) أديا بشكل مشابه في تصنيف الجنس، بينما تفوق RF في تصنيفات المرحلة والأصل. من الجدير بالذكر أن النماذج تجاوزت المصنفات الوهمية والنسبة المئوية 95 من توزيعات التبديل، مما يدل على قوتها. تسلط الدراسة الضوء على أنه بينما الخصائص الجوهرية لأجناس النخيل Borassus وCorypha مهمة، تلعب آثار المعالجة أيضًا دورًا حاسمًا في التصنيف، خاصة عند التمييز بين العينات المعالجة وغير المعالجة.
تؤكد تحليل تمييز الجنس على أنه بينما تساعد الميزات الفيزيائية مثل تفرع الأوراق وخصائص الثغور في التصنيف، فإن آثار تاريخ المعالجة تعقد النتائج. ظهر مؤشر البلورية والنسب العنصرية كميزات رئيسية تؤثر على التصنيف، مع ملاحظات للتباينات عبر مراحل المعالجة. تشير النتائج إلى أن نماذج التصنيف حساسة لكل من العلامات النباتية الجوهرية وتاريخ المواد للعينات، مما يبرز الحاجة إلى تفسير دقيق للأوصاف العنصرية بسبب التداخل المحتمل من ممارسات التحضير والعوامل البيئية. بالإضافة إلى ذلك، تحدد الدراسة التشابهات الجغرافية في طرق إنتاج المخطوطات، خاصة بين العينات من الهند وإندونيسيا وسريلانكا، مما قد يسهم في تحديات التصنيف. بشكل عام، تشير النتائج إلى تفاعل معقد بين الأصل النباتي، وتاريخ المعالجة، والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمخطوطات.
المناقشة
في هذا القسم، يناقش المؤلفون المنهجية والنتائج من قياسات الأشعة السينية السنكروترونية التي أجريت على قطع المخطوطات باستخدام تشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة (SAXS)، وتشتت الأشعة السينية بزاوية واسعة (WAXS)، والتألق بالأشعة السينية (XRF). تم إجراء القياسات بطريقة غير مدمرة في مرفقين، مما يضمن قابلية المقارنة من خلال المقارنات المباشرة والتقييمات الإحصائية للأوصاف الهيكلية والتركيبية. شمل التحليل مسحًا شبكيًا لمناطق العينة، مع اختيار دقيق لالتقاط التباين المكاني مع استبعاد المناطق المتأثرة بالنقوش. شمل معالجة البيانات المعايرة، وطرح الخلفية، ومتوسط القيم عبر البكسلات ذات الصلة لاشتقاق الأوصاف التي تعكس الخصائص الفيزيائية للمخطوطات.
استخدم المؤلفون نماذج تصنيف التعلم الآلي (ML) لتمييز فئات العينات بناءً على الميزات المستخرجة، مثل الأصل ومرحلة المعالجة. تم اختبار خوارزميات متنوعة، وتم تقييم الأداء من خلال التحقق المتقاطع الطبقي. أشارت النتائج إلى أنه بينما أدت مصنفات الغابة العشوائية بشكل جيد لبعض البلدان، إلا أنها واجهت صعوبة مع المجموعات الصغيرة، مما يشير إلى أن التشابهات في التركيب المادي أو ممارسات التحضير قد تعقد التصنيف. تسلط النتائج الضوء على الطبيعة متعددة العوامل للبلورية والمحتوى غير المتبلور فيما يتعلق بأصل المخطوطات، المتأثر بالتكوين النباتي، وطرق التحضير، وتاريخ التدهور، والتي لم يمكن فصلها بالكامل في مجموعة البيانات الحالية. بشكل عام، تؤكد الدراسة على إمكانية دمج تقنيات الأشعة السينية المتقدمة مع أساليب التعلم الآلي لتعزيز فهم المخطوطات التاريخية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s40494-026-03023-3
Publication Date: 2026-10-06
Author(s): Laura Gallardo et al.
Primary Topic: Cultural Heritage Materials Analysis
Overview
The research investigates the characterization of palm-leaf manuscripts, which are significant cultural artifacts from South and Southeast Asia. Utilizing a multimodal synchrotron approach that integrates small- and wide-angle X-ray scattering with X-ray fluorescence, the study aims to extract structural and compositional descriptors from unprocessed leaves, writing supports, and manuscripts. The findings indicate that while the processing stage of the manuscripts can be classified reliably, distinguishing between genera is more effective in processed materials than in unprocessed leaves. Additionally, geographical origin classification shows partial separability, influenced by regional preparation traditions and various botanical and degradation factors.
The study highlights the complexity of palm-leaf manuscript preparation, which involves multiple steps such as cutting, boiling, drying, and polishing, each of which can alter the physical and chemical properties of the leaves. The primary genera used, Corypha L. and Borassus L., belong to the Arecaceae family and exhibit variations based on botanical identity and leaf maturity. The research underscores the need for a comprehensive understanding of historical production practices, as existing documentation is limited and often lacks detailed technical descriptions. The classification framework developed in this study, based on multivariate combinations of crystallinity, fibril orientation, and elemental descriptors, facilitates the comparison of collections and the exploration of material similarities across different traditions, although it emphasizes that these classifications should be contextualized with codicological and historical evidence.
Methods
The study utilized a diverse dataset comprising selected folios from the CSMC collection, private collections, manuscript fragments, dried leaves, and various writing supports sourced from multiple institutions and botanical gardens. Key contributors included the State and University Library in Hamburg, the Ecole Française D’extreme-Orient in Puducherry, and the Kerala Manuscript Preservation Center, among others. The dataset encompasses samples that were naturally detached from degraded objects, allowing for scientific analysis. Detailed metadata, including origin, botanical identification, processing stage, and estimated manuscript age, are documented in Supplementary Data 1, while measurement and experimental details are outlined in Supplementary Data 2.
The collection process adhered to ethical standards, with all necessary permissions obtained for the scientific study of palm leaf and manuscript samples. However, due to incomplete collection histories, the metadata associated with these objects vary in certainty. Classifications were derived from catalog records, donor documentation, fieldwork, botanical examinations, and expert assessments, indicating that while they represent the best available information, they may not reflect independently verified facts. Consequently, aspects such as historical geographical origin, preparation procedures, age, and degradation history remain uncertain or approximated for portions of the dataset.
Results
The results section evaluates the performance of classification models for palm-leaf manuscripts based on three properties: origin, genus, and processing stage. The models were assessed using cross-validation, revealing that Gradient Boosting (GB) and Random Forest (RF) performed comparably for genus classification, while RF excelled in stage and origin classifications. Notably, the models surpassed dummy classifiers and the 95th percentile of permutation-null distributions, indicating their robustness. The study highlights that while intrinsic properties of the palm genera Borassus and Corypha are significant, processing effects also play a crucial role in classification, particularly when distinguishing between processed and unprocessed samples.
The analysis of genus differentiation underscores that while physical features such as leaf venation and stomatal characteristics aid in classification, the effects of processing history complicate the results. The crystallinity index and elemental ratios emerged as key features influencing classification, with variations observed across processing stages. The findings suggest that the classification models are sensitive to both intrinsic botanical markers and the material history of the samples, emphasizing the need for careful interpretation of elemental descriptors due to potential overlaps from preparation practices and environmental factors. Additionally, the study identifies geographical similarities in manuscript production methods, particularly among samples from India, Indonesia, and Sri Lanka, which may contribute to classification challenges. Overall, the results indicate a complex interplay between botanical origin, processing history, and the physical and chemical properties of the manuscripts.
Discussion
In this section, the authors discuss the methodology and findings from synchrotron X-ray measurements conducted on manuscript fragments using small-angle X-ray scattering (SAXS), wide-angle X-ray scattering (WAXS), and X-ray fluorescence (XRF). The measurements were performed non-destructively at two facilities, ensuring comparability through direct comparisons and statistical evaluations of structural and compositional descriptors. The analysis involved raster scans of sample areas, with careful selection to capture spatial variability while excluding regions affected by inscriptions. The data processing included calibration, background subtraction, and averaging over relevant pixels to derive descriptors that reflect the manuscripts’ physical properties.
The authors employed machine learning (ML) classification models to discern sample categories based on the extracted features, such as origin and processing stage. Various algorithms were tested, with performance assessed through stratified cross-validation. The results indicated that while the Random Forest classifier performed well for certain countries, it struggled with smaller groups, suggesting that similarities in material composition or preparation practices may complicate classification. The findings highlight the multifactorial nature of crystallinity and amorphous content in relation to manuscript provenance, influenced by botanical composition, preparation methods, and degradation history, which could not be fully disentangled in the current dataset. Overall, the study underscores the potential of combining advanced X-ray techniques with ML approaches to enhance understanding of historical manuscripts.