Endocranial shape asymmetries in Pan paniscus, Pan troglodytes and Gorilla gorilla assessed via skull based landmark analysis

Brain shape asymmetries or petalias consist of the extension of one cerebral hemisphere beyond the other. A larger frontal or caudal projection is usually coupled with a larger lateral extent of the more projecting hemisphere relative to the other. The concurrence of these petalial components is characteristic of hominins. Studies aimed at quantifying petalial asymmetries in human and great ape endocasts rely on the definition of the midline of the endocranial surface. Studies of brain material show that, at least in humans, most of the medial surface of the left occipital lobe distorts along the midline and protrudes on to the right side, making it difficult for midline and corresponding left and right reference point identification. In order to accurately quantify and compare brain shape asymmetries in extant hominid species, we propose here a new protocol based on the objective definition of cranial landmarks. We describe and quantify for the first time in three dimensions the positions of frontal and occipital protrusions in large samples of Pan paniscus, Pan troglodytes and Gorilla gorilla. This study confirms the existence of frontal and occipital petalias in African apes. Moreover, the detailed analysis of the 3D structure of these petalias reveals shared features, as well as features that are unique to the different great ape species.

RésuméLes asymétries de forme du cerveau, communément appelées petalias, consistent en l’extension d’un des hémisphères cérébraux au delà de l’autre. L’hémisphère se projetant par rapport à l’autre en avant, pour les lobes frontaux, ou en arrière, pour les lobes occipitaux, a souvent aussi une extension latérale plus importante. La coïncidence de ces différentes asymétries serait caractéristique des homininés. Les études antérieures qui ont cherché à quantifier les pétalias cérébraux sur des endocrânes d’hommes actuels ou de grands singes reposent sur l’utilisation du plan sagittal médian de l’endocrâne pour caractériser ces asymétries. Néanmoins, des travaux menés directement sur des cerveaux humains montrent que la majeure partie médiale du lobe occipital gauche traverse ce référentiel central et se propage vers la droite, rendant délicate la détermination même du plan de référence ainsi que la définition des points de référence des côtés gauche et droit. Dans ce contexte, nous proposons ici un protocole inédit basé sur l’utilisation de points crâniens pour déterminer de manière indépendante et non-biaisée un référentiel permettant de quantifier précisément les asymétries cérébrales. Nous décrivons et quantifions ainsi pour la première fois la position tridimensionnelle des projections maximales des lobes frontaux et occipitaux sur de larges échantillons de spécimens sauvages appartenant aux espèces Pan paniscus, Pan troglodytes et Gorilla gorilla. Cette étude démontre la présence d’asymétrie pour les différentes composantes tridimensionnelles des pétalias antéro-postérieurs des lobes frontaux et occipitaux chez ces grands singes, l’existence de caractères partagés, ainsi que de spécificités pour chacun de ces groupes. Les implications fonctionnelles de ces asymétries demeurent délicates à interpréter en raison du peu d’informations disponibles sur le comportement de ces primates dans leur milieu naturel. Par ailleurs, des études ultérieures analyserons les schéma de distribution des pétalias chez les hominidés, en intégrant les homininés fossiles, afin d’interpréter les potentielles variations de taille et de distribution de ces asymétries et leurs éventuelles relations avec la latéralisation manuelle, les capacités de langage et les spécialisations dans les taches cognitives.