旧石器时代晚期开始于5万年前的欧洲，一直延续到新石器时代，新石器时代的时间跨度大概是从公元前10000—前1800年。在从旧石器时代到新石器时代这段时间，人类运用他们的智能发展农业实践，种植农作物，养殖动物。他们打磨石器，发明了陶器，而且建立了小型定居点，这些都是创造性行为的体现。然而，在这一时期，还出现了另一件完全出乎意料的事，它显示了早期人类心智的创造性：人类头盖骨上最初的穿孔是用专门的石器通过外科手术完成的。所以说新石器时代的人用刮刀和尖锐的工具做了被称为环钻术（trepanation，这个词来自希腊语trypanon，意思是“钻孔”）的手术，这是已知人类进行的最早的外科手术。
19世纪30年代，人们在秘鲁的印加墓地发现了第一块被钻孔的头盖骨。美国外交官伊福瑞·乔治·斯奎尔（Ephraom George Squier）得到了这块头盖骨。1865年，他把这块头盖骨送给了纽约医学协会。1867年，这块头盖骨被带到巴黎，交给了建立世界上第一个人类学协会的保罗·布洛卡（Paul Broca）来检查。让布洛卡大吃一惊的是，头盖骨上的孔明显是由专门的切割工具造成的，这可不是简单的外科手术。布洛卡以前从没有想过那些他眼中的“原始人”能够做这种手术。这块头盖骨鼓励了其他人在法国寻找类似的骨头。
秘鲁的这块头盖骨是展示环钻术的证据。这块头盖骨由伊福瑞·乔治·斯奎尔在1865年送给了纽约医学协会，后来又交给了保罗·布洛卡。实际上，这块头盖骨距今并不远，大约在公元前1400—1530年。它目前被收藏在纽约自然历史博物馆。
不出几年，布洛卡的同事普吕尼埃博士（Dr Prunières）就在新石器时代的埋葬地点挖掘出了不少更古老的有孔头盖骨。这些被发现的有孔头盖骨是最早一批显示伤口周围的骨头还会再生的头盖骨，这表明在手术之后，患者还活了几个月甚至几年。在许多墓穴中，和这些头盖骨一起的还有一些更小的被处理过的椭圆形头盖骨，它们都有钻孔，被称为圆切片（rondelles）。这些切片就像现代的坠饰一样，是戴在脖子上的，明显做装饰之用。
起初，人们对这些头盖骨的质疑不断，尤其是因为环钻术是当时医院运用的一项死亡率很高的手术技术。但是随着发现的头盖骨越来越多，也许对新石器时代的外科医生来说，环钻术是一项可行的手术，也就没有什么可怀疑的了。而且，古生物学家也开始意识到在头盖骨上钻孔是可以很快完成的。实际上，布洛卡亲自验证了这一点，只要花4分钟就可以在一个夭折的2岁孩子的头盖骨上钻一个孔，尽管在更厚的成人头盖骨上钻孔要花50分钟。布洛卡还在活着的狗身上进行了环钻术，结果表明，要避免损伤脑的保护性硬膜和表面也没有那么难。事实上，我们如今知道，环钻术在新石器时代的欧洲普遍存在，而且令人惊讶的是，在某些地方它还很平常。在法国、西班牙、丹麦、德国、英格兰、意大利、俄罗斯和巴尔干地区都发现了这样的头盖骨，其中法国最多。虽然大多数头盖骨都是通过估计墓地的年代来确定出现时间的，但也有少数头盖骨是通过放射性碳来测定时间的。这些研究表明，有些在乌克兰出土的头盖骨，时间大概在公元前7300—前6200年，而在法国出土的时间大概在公元前5100年—前4900年。不过绝大多数环钻术出现的时间是在公元前3000—前2000年。有趣的是，最早的环钻术可以追溯到大约公元前1万年，地点在北非和中东，这表明环钻术并不源自欧洲。
一具来自巴勒斯坦杰里科的青铜时代的头盖骨，年代在公元前2200—前2000年。
在不同时期和不同地点，用来实施环钻术的工具也不相同。在最古老的遗址出土的头盖骨曾被尖锐的石器刮过，当时的人会用手来清除骨屑。但是随着时间的推移，技术也更为先进，比如用边缘锋利的工具开槽、钻孔和切削。尽管工具粗糙，但是外科医生还是常常能够在头盖骨上开出边缘倾斜的孔，这有助于他们在手术中安全地清除碎屑。在绝大多数新石器时代的环钻术中，头盖骨上的孔都是圆形或椭圆形的，直径有几厘米。但其中有一例，孔的大小达到了13厘米×10厘米，几乎是除去了整个颅骨的左半边。环钻术中的开孔也主要出现在头盖骨的左侧，位于前后轴（frontal and posterior axis）之间。虽然最为常见的是头盖骨上只有一个开孔，但也发现了几次手术造成多个开孔的例子。
做这些手术的新石器时代的外科医生一定都技艺不凡。要知道，切开头皮暴露出头盖骨的表面是一个痛苦的过程，手术是非常具有挑战性的，在没有有效麻醉剂的情况下更是如此。在手术过程中，外科医生也绝对不能伤及有着丰富血管的脑表面，因为血管一旦破裂，将会造成无法控制的出血和死亡。脑就在颅顶下几毫米的地方，手术时动作必须小心翼翼。除此之外，由于开放性的伤口极易感染，患者必须进行某种形式的术后护理。尽管我们并不确定新石器时代的外科医生是如何看待脑的，但他们一定认识到了脑对于生命的重要性。尽管手术有明显的危险性，但据估计，有50%~90%的患者在环钻术之后活了下来，其中有些康复时间较长。
我们只能推测，新石器时代的人为什么要大费周折进行这种既痛苦又危险的手术。在布洛卡看来，环钻术最有可能是为了清除头脑中的邪灵，这种观点得到了事实的支持，今天在某些地区（例如非洲和波利尼西亚），人们还会出于大致相同的考虑做原始的手术。布洛卡还提出了一个假说：大多数实施环钻术的患者是罹患婴儿痉挛症的婴儿，新石器时代的医生最有可能把这种症状解释成恶魔附体的结果。维多利亚时代的英国神经外科医生维克多·霍斯利（Victor Horsley） 不反对布洛卡的观点，不过他认为环钻术更有可能是用来治疗颅骨凹陷性骨折造成的惊厥。实施环钻术的确切原因我们不太可能知道了。然而，作为一项外科手术，环钻术从未退出历史，人们因为各种原因实施这项手术，其中包括治疗疯癫、低能、道德堕落、头痛，清除异物，以及释放压力、空气、水蒸气和体液。
