舊石器時代晚期開始於5萬年前的歐洲，一直延續到新石器時代，新石器時代的時間跨度大概是從公元前10000—前1800年。在從舊石器時代到新石器時代這段時間，人類運用他們的智能發展農業實踐，種植農作物，養殖動物。他們打磨石器，發明了陶器，而且建立了小型定居點，這些都是創造性行為的體現。然而，在這一時期，還出現了另一件完全出乎意料的事，它顯示了早期人類心智的創造性：人類頭蓋骨上最初的穿孔是用專門的石器通過外科手術完成的。所以說新石器時代的人用刮刀和尖銳的工具做了被稱為環鑽術（trepanation，這個詞來自希臘語trypanon，意思是「鑽孔」）的手術，這是已知人類進行的最早的外科手術。
19世紀30年代，人們在秘魯的印加墓地發現了第一塊被鑽孔的頭蓋骨。美國外交官伊福瑞·喬治·斯奎爾（Ephraom George Squier）得到了這塊頭蓋骨。1865年，他把這塊頭蓋骨送給了紐約醫學協會。1867年，這塊頭蓋骨被帶到巴黎，交給了建立世界上第一個人類學協會的保羅·布洛卡（Paul Broca）來檢查。讓布洛卡大吃一驚的是，頭蓋骨上的孔明顯是由專門的切割工具造成的，這可不是簡單的外科手術。布洛卡以前從沒有想過那些他眼中的「原始人」能夠做這種手術。這塊頭蓋骨鼓勵了其他人在法國尋找類似的骨頭。
秘魯的這塊頭蓋骨是展示環鑽術的證據。這塊頭蓋骨由伊福瑞·喬治·斯奎爾在1865年送給了紐約醫學協會，後來又交給了保羅·布洛卡。實際上，這塊頭蓋骨距今並不遠，大約在公元前1400—1530年。它目前被收藏在紐約自然歷史博物館。
不出幾年，布洛卡的同事普呂尼埃博士（Dr Prunières）就在新石器時代的埋葬地點挖掘出了不少更古老的有孔頭蓋骨。這些被發現的有孔頭蓋骨是最早一批顯示傷口周圍的骨頭還會再生的頭蓋骨，這表明在手術之後，患者還活了幾個月甚至幾年。在許多墓穴中，和這些頭蓋骨一起的還有一些更小的被處理過的橢圓形頭蓋骨，它們都有鑽孔，被稱為圓切片（rondelles）。這些切片就像現代的墜飾一樣，是戴在脖子上的，明顯做裝飾之用。
起初，人們對這些頭蓋骨的質疑不斷，尤其是因為環鑽術是當時醫院運用的一項死亡率很高的手術技術。但是隨着發現的頭蓋骨越來越多，也許對新石器時代的外科醫生來說，環鑽術是一項可行的手術，也就沒有什麼可懷疑的了。而且，古生物學家也開始意識到在頭蓋骨上鑽孔是可以很快完成的。實際上，布洛卡親自驗證了這一點，只要花4分鐘就可以在一個夭折的2歲孩子的頭蓋骨上鑽一個孔，儘管在更厚的成人頭蓋骨上鑽孔要花50分鐘。布洛卡還在活着的狗身上進行了環鑽術，結果表明，要避免損傷腦的保護性硬膜和表面也沒有那麼難。事實上，我們如今知道，環鑽術在新石器時代的歐洲普遍存在，而且令人驚訝的是，在某些地方它還很平常。在法國、西班牙、丹麥、德國、英格蘭、意大利、俄羅斯和巴爾幹地區都發現了這樣的頭蓋骨，其中法國最多。雖然大多數頭蓋骨都是通過估計墓地的年代來確定出現時間的，但也有少數頭蓋骨是通過放射性碳來測定時間的。這些研究表明，有些在烏克蘭出土的頭蓋骨，時間大概在公元前7300—前6200年，而在法國出土的時間大概在公元前5100年—前4900年。不過絕大多數環鑽術出現的時間是在公元前3000—前2000年。有趣的是，最早的環鑽術可以追溯到大約公元前1萬年，地點在北非和中東，這表明環鑽術並不源自歐洲。
一具來自巴勒斯坦傑里科的青銅時代的頭蓋骨，年代在公元前2200—前2000年。
在不同時期和不同地點，用來實施環鑽術的工具也不相同。在最古老的遺址出土的頭蓋骨曾被尖銳的石器刮過，當時的人會用手來清除骨屑。但是隨着時間的推移，技術也更為先進，比如用邊緣鋒利的工具開槽、鑽孔和切削。儘管工具粗糙，但是外科醫生還是常常能夠在頭蓋骨上開出邊緣傾斜的孔，這有助於他們在手術中安全地清除碎屑。在絕大多數新石器時代的環鑽術中，頭蓋骨上的孔都是圓形或橢圓形的，直徑有幾厘米。但其中有一例，孔的大小達到了13厘米×10厘米，幾乎是除去了整個顱骨的左半邊。環鑽術中的開孔也主要出現在頭蓋骨的左側，位於前後軸（frontal and posterior axis）之間。雖然最為常見的是頭蓋骨上只有一個開孔，但也發現了幾次手術造成多個開孔的例子。
做這些手術的新石器時代的外科醫生一定都技藝不凡。要知道，切開頭皮暴露出頭蓋骨的表面是一個痛苦的過程，手術是非常具有挑戰性的，在沒有有效麻醉劑的情況下更是如此。在手術過程中，外科醫生也絕對不能傷及有着豐富血管的腦表面，因為血管一旦破裂，將會造成無法控制的出血和死亡。腦就在顱頂下幾毫米的地方，手術時動作必須小心翼翼。除此之外，由於開放性的傷口極易感染，患者必須進行某種形式的術後護理。儘管我們並不確定新石器時代的外科醫生是如何看待腦的，但他們一定認識到了腦對於生命的重要性。儘管手術有明顯的危險性，但據估計，有50%~90%的患者在環鑽術之後活了下來，其中有些康復時間較長。
我們只能推測，新石器時代的人為什麼要大費周折進行這種既痛苦又危險的手術。在布洛卡看來，環鑽術最有可能是為了清除頭腦中的邪靈，這種觀點得到了事實的支持，今天在某些地區（例如非洲和波利尼西亞），人們還會出於大致相同的考慮做原始的手術。布洛卡還提出了一個假說：大多數實施環鑽術的患者是罹患嬰兒痙攣症的嬰兒，新石器時代的醫生最有可能把這種癥狀解釋成惡魔附體的結果。維多利亞時代的英國神經外科醫生維克多·霍斯利（Victor Horsley） 不反對布洛卡的觀點，不過他認為環鑽術更有可能是用來治療顱骨凹陷性骨折造成的驚厥。實施環鑽術的確切原因我們不太可能知道了。然而，作為一項外科手術，環鑽術從未退出歷史，人們因為各種原因實施這項手術，其中包括治療瘋癲、低能、道德墮落、頭痛，清除異物，以及釋放壓力、空氣、水蒸氣和體液。
