Az agyműtét nem újdonság, már 12 000 ezer évvel ezelőtt, a kőkorszakban is végeztek hasonló beavatkozást. Európában, elsősorban Franciaországban, valamint Afrikában és Dél-Amerikában (Peru), igen régi lékelt koponyákat találtak.
A koponyaleletek jó részén, a vágás peremén csontkinövés látható, ez pedig arra utal, hogy a betegek túlélték az operációt. A perui Cuzco mellett talált ősi koponyán három lékelés is látható, és mindegyiken-hosszú gyógyulási szakasz után-ott vannak a csontgyarapodás nyomai.
A csendes-óceáni szigeteken még a múltszázadban is végeztek kezdetleges agyműtéteket. A trepanáció vagy koponyalékelés, során eltávolították a főleg harcokban szerzett, kő okozta törés koponyaszilánkjait. Mialatt a beteg öntudatlan állapotban volt, a koponyacsontokról lefejtették a bőrt, és egy kemény tengeri kagylóval vagy az üveghez hasonló obszidiánszilánkkal egy 25 mm átmérőjű léket vágtak a koponyán, feltárva az agyat. Amikor a fejbőrt visszahúzták,a sebet banánfa rostjával kötözték be. Tízből nyolc beteg felgyógyult.
A meglékelt ősi koponyák tanulmányozása, továbbá a tudósok kísérletei arra engednek következtetni, hogy a kőkorszaki sebészek is a fentiekhez hasonló módon dolgoztak. Éles kovakő vagy obszidiánszlánkot használtak, amikor csontot vágtak. Némelyik perui koponyán a lék négyzet alakú, vagyis valószínűleg kovakő fűrészt használhattak. Az agysebészet azonban nem korlátozódott a csatákban megsérült harcosok gyógyítására. A kőkorszaki páciensek között Dél-Amerikában és Alaszkában feltárt leletek szerint vannak 6-60 éves korú nők, férfiak, gyerekek, akik életük során súlyos fejsérülést szereztek.
A kőkorszakot követő bronz –és vaskorszakban a koponyalékelést inkább babonából, mint gyógyító szándékkal végezték.
A halottak csontjából kivágott csontkorongokat ugyanis amulettként viselték, amely hitük szerint távol tartotta a gonosz szellemeket.