El hallazgo de nuevos ejemplares de cardiaterinos en la costa sudoeste de Península Valdés (Chubut), en niveles superiores de la Formación Puerto Madryn (Mioceno tardío), incluye los cráneos completos más antiguos conocidos de un roedor hidroquérido. Los especímenes, depositados en el Museo Paleontológico Egidio Feruglio de Trelew, corresponden a dos cráneos y algunos fragmentos craneanos. Se los asigna a la especie Cardiatherium patagonicum Vucetich, Deschamps, Olivares y Dozo por los caracteres morfológicos y morfométricos de los molariformes. Se confeccionaron moldes endocraneanos para realizar el primer estudio paleoneurológico en Hydrochoeridae extinguidos. El cráneo, alargado, estrecho y bajo, tiene dos tercios del tamaño de aquel de la especie viviente Hydrochoerus hydrochaeris (Linnaeus). Los caracteres que lo diferencian del de Hydrochoerus son: nasales relativamente planos en vista lateral, diastema más largo que la serie dentaria superior (P4-M3), fosa masetérica rostral de contorno ovoide y con escasa proyección sobre el premaxilar; foramen incisivo sobre el premaxilar alcanzando apenas el maxilar, apófisis zigomática del maxilar dirigida más posteriormente, crestas de los parietales próximas una con otra formando una prominente cresta sagital. El análisis neuromorfológico comparado con roedores actuales sugiere que los moldes endocraneanos de Cardiatherium patagonicum, a pesar de la diferencia de tamaño, guardan una mayor afinidad morfológica con los encéfalos de Hydrochoerus que con cualquier otro de los encéfalos de caviomorfos analizados. Aunque las relaciones filogenéticas entre los hidroquéridos están aún por resolverse, y si bien dentro del género Cardiatherium la especie C. patagonicum es la más derivada, la presencia de caracteres craneanos principalmente plesiomórficos sería consistente con la posición basal del género dentro de la familia Hydrochoeridae.