Reconstruction of the internal cranial base of an adolescent Homo erectus (Sinanthropus III). An enlightening on the hominids neural straightening, its embryonic modalities and its cognitive implications - 08/01/25
Reconstruction de la base crânienne interne d’un Homo erectus adolescent (Sinanthropus III). Un éclairage sur le redressement neural des hominidés, ses modalités embryonnaires et ses implications cognitives




Abstract |
The internal cranial base is at the crossroad of the central nervous system (CNS), the occluso-postural balance and the psychomotor control learning with the development of cognitive abilities and mental images. Weidenreich in 1943 compared the Sinanthropus (Chinese Homo erectus) with Homo sapiens and assumed that the lesser verticalization of its posterior skull base (basi-sphenoid, basi-occipital and petrous pyramids), and, thus, the higher position of the cerebellar fossa, were the results of the more limited anteroposterior growth of the cerebral neocortex (telencephalon). The lesser internal verticality is characteristic of extinct species of the genus Homo which lived before H. sapiens and is clearly visible in comparative anatomy confirmed by the growing number of fossils. Since then, the telencephalic hypothesis became the paradigm. Nevertheless, Weidenreich's hypothesis has been invalidated in 1987 by one of the authors with the discovery of the embryonic origins of the straightening in Homo sapiens. This verticalization is caused by the succession of complex dynamics of the rhombencephalon (future brainstem and cerebellum with the IV ventricle) from the horizontal becoming gradually vertical. Its dynamics cause the plication of the underlying cranial base initially flat, with the dorso-ventral rotation of the basi-sphenoid. We recall this very important discovery given the difficulty of integrating embryogenesis in the sciences of hominization, and present a protocol of angular measurements in 3D to identify hominid species according to their embryonic straightening which increases from great apes to Homo sapiens. The Sinanthropus III disappeared in 1941, but the original casts of each disarticulated bone stored at the Institut de Paléontolologie Humaine, Paris, allowed a reconstruction of the inner surface by their computed tomography scan (CT) and then their virtual assembly for a future digital reconstruction of missing parts. The 3D printing has allowed the reconstruction with modeling clay constrained by the preserved conformation. Finally, the prototype has been scanned and compared to the CT scan of 55 living Homo sapiens including 30 adolescents and 25 adults with 50% males and 50% females, 41 chimpanzees of increasing age, 3 Javanese Homo erectus of Middle Pleistocene, 5 European Homo neanderthalensis and 2 European Homo sapiens of Upper Pleistocene. The protocol confirms the interest of its application to fossil hominid species (more than 70 specimens) by distinguishing at least three increasing embryonic straightenings: 1) the chimpanzee (Pan), 2) extinct species of Homo with H. erectus and H. neanderthalensis and 3) Homo sapiens. The phylogenetic verticalization corresponds to the prolongation of the dynamics of the rhombencephalon which necessarily had postnatal consequences due to the sudden instability of the cerebellum forced to integrate into the control of psychomotor balance. The first threshold of verticality was a jump in the complexity of the neural connections between cerebral and cerebellar neocortex, the last threshold with Sapiens was a cerebellar “explosion”. The modeling of the different degrees of verticality is therefore necessary to better understand the emergence of cognitive faculties such as the “explosion” of symbolic thought in relation to the straightening of the brainstem and the neocorticalization of the cerebellum.
Le texte complet de cet article est disponible en PDF.Résumé |
La base crânienne interne est au carrefour du système nerveux central (SNC), de l’équilibre occluso-postural et de l’apprentissage du contrôle psychomoteur avec le développement cognitif et l’émergence d’images mentales. Weidenreich en 1943 compara le Sinanthropus avec Homo sapiens et supposa que la moindre verticalisation de sa base crânienne (clivus et pyramides pétreuses), et par conséquent la position plus élevée de la fosse cérébelleuse était le résultat de la croissance antéro-postérieure plus limitée du néocortex cérébral (télencéphale). La moindre verticalité interne est caractéristique des espèces éteintes du genre Homo qui ont vécu avant Homo sapiens, elle est clairement visible en anatomie comparée et constamment confirmée par le nombre croissant de fossiles. L’hypothèse de Weidenreich a été invalidée en 1987 par l’un des auteurs avec la découverte des origines embryonnaires du redressement d’Homo sapiens. Le redressement est provoqué par la succession de dynamiques complexes du rhombencéphale (futur tronc cérébral et cervelet avec le ventricule IV) depuis l’horizontale et en devenant progressivement vertical. Ses dynamiques provoquent la plicature de la base crânienne sous-jacente initialement plane, avec la rotation dorso-ventrale du basi-sphénoïde. Nous rappelons cette très importante mise en évidence en raison de la difficulté à intégrer l’embryogenèse dans les sciences de l’hominisation, et présentons un protocole de mesures angulaires en 3D afin d’identifier les espèces d’hominidés en fonction de leur redressement embryonnaire, lequel augmente des grands singes à Homo sapiens. Le crâne du Sinanthropus III (770 ka) a disparu en 1941, mais les moulages originaux de chaque os désarticulé conservés à l’Institut de Paléontogie Humaine de Paris, ont permis une reconstitution de la surface interne par leur tomodensitométrie puis par leur assemblage virtuel en vue d’une future reconstitution digitale des parties manquantes. Leur impression 3D a permis de compléter ces parties de la base interne avec de la pâte à modeler. Le prototype a été scanné et comparé aux CT scans de 55 Homo sapiens vivants dont 30 adolescents et 25 adultes avec 50 % d’hommes et 50 % de femmes, 41 chimpanzés d’âge croissant, 3 Homo erectus javanais du Pléistocène moyen, 5 Homo neanderthalensis européens et 2 Homo sapiens européens du Pléistocène supérieur. Le protocole confirme l’intérêt de son application aux espèces fossiles d’hominidés (plus de 70 spécimens) en distinguant au moins trois redressements croissants, 1) le chimpanzé (Pan), 2) les espèces éteintes d’Homo avec H. erectus et H. neanderthalensis et 3) Homo sapiens. La verticalisation phylogénétique correspond à la prolongation des dynamiques du rhombencéphale qui eut nécessairement des conséquences postnatales en raison de la soudaine instabilité du cervelet contraint de s’intégrer dans le contrôle de l’équilibre psychomoteur. Le premier seuil de la verticalité fut un saut dans la complexité des boucles de connections neuronales entre néocortex cérébraux et cérébelleux, le dernier seuil avec Sapiens est une « explosion » cérébelleuse. La modélisation des différents degrés de verticalité est donc nécessaire pour mieux comprendre l’émergence de facultés cognitives telles que l’« explosion » de la pensée symbolique en relation avec la verticalité du tronc cérébral et la néocorticalisation du cervelet.
Le texte complet de cet article est disponible en PDF.Keywords : Cranial base, Biometry, Verticality, Embryogenesis, Central nervous system, Paleocognition
Mots clés : Base du crâne, Biométrie, Verticalité, Embryogenèse, Système nerveux central, Paléocognition
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