偏頭痛可能病發於大腦，研究者認為偏頭痛是因為大腦內部細胞電平衡遭到破壞而產生的，而不是像以前所認為的由血管膨脹引起的。
他們還認為如果不加以治療會導致大腦的物理變化。
根據國家健康機構的新發現表明：用最新圖像設備觀察偏頭痛患者發病時的大腦，研究者們發現患者腦細胞中的神經細胞異常興奮，相關的報導表明：研究者使用強力磁場來刺激患者的神經細胞，患者在病發時能看到類似光環的圖案，而對非偏頭痛的人使用強力磁場則沒有什麼反應。
研究者們由此得出結論，當偏頭痛引發時，患者的後腦發出不正常電流，這種電流傳達到腦幹，這會導致血液在血管流動時產生起伏跳動。
研究者認為頭痛可能是由腦幹的活動、血管引發的炎症及血管內血液流動的變化或這些綜合因素引起的。
經常發作的偏頭痛如果沒有得到治療的話，會導致腦幹疼痛中心的改變，這種改變又會導致慢性頭疼的產生。
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