神經系統具有複雜的調節神經興奮和抑制過程的結構， 通過資訊的回饋或週期性活動， 使任何一組神經元的放電頻率相對平衡， 從而來維持神經細胞膜的電位相對穩定。 一個正常的大腦皮質錐體細胞的放電頻率， 一般保持在1～10Hz之間， 而在癲癇發作時神經元的放電頻率可達數百乃至上千赫茲， 這種高頻率放電的產生原因是什麼， 近年來進行了大量的研究， 認為癇性活動的產生與諸多因素有關， 如結構、電位、生化和免疫改變等。
1．結構改變
不論癲癇發作原因如何， 當大腦皮質作為癇性放電源時，
(1)星形膠質細胞功能異常 正常星形膠質細胞的功能包括：①糖及各種代謝前體物質從毛細血管到神經元的轉運：②具有各種氨基酸轉運體並參與代謝；③參與調節細胞外液的離子濃度。 星形膠質細胞與癲癇的發生可能有很大關係， 膠質細胞增生是部分性癲癇時常見的病理改變。 在癲癇患者大腦皮層癲癇灶內可觀察到一種反應性的特殊星形膠質細胞，
(2)神經元及神經末梢缺失神經元的壞死、缺失為癲癇灶的另一顯著特點， 尤其是選擇性的抑制性中間神經元缺失， 雖然在腦創傷、腦膿腫時為非特異性和非選擇性改變， 但在腦缺血、缺氧狀態時卻是特異的選擇性改變。 選擇性抑制性神經末梢缺失是缺氧的繼發性改變， 動物實驗證明在發生缺氧的幼年動物大腦中， 運動中樞絕大部分的變性末梢是高選擇性的抑制性中間神經元對稱型神經末梢。
(3)中間帶的神經元群結構紊亂
癲癇灶的結構是自中心向周圍逐步過渡的由重到輕的病理改變。 神經系統的過度興奮狀態與癲癇病灶及其周圍區域的病理特點有關。 典型的皮層癲癇灶具有中心區、中間帶及周圍的正常區域， 而環形的中間帶是引起癲癇放電的區域，
2．生化改變
癇灶放電時， 腦組織的生化改變非常明顯， 癲癇活動顯著增加了大腦的代謝負擔。 巨大數量的神經元細胞膜發生快速反復的去極化， 大大增加了大腦的能量消耗， 腦對氧和葡萄糖的需要大大增高。 在病灶中興奮性神經遞質谷氨酸含量升高， 谷氨酸是GABA(丁—氨基丁酸)的前體， 通過谷氨酸脫羧酶(GAD)， 以VitB6為輔基， 轉為GABA。 谷氨酸脫羧酶含量減少， 從而影響GABA的合成。 GABA為抑制性神經遞質， 只存在於中樞神經系統內， 腦中分佈較廣， 黑質及蒼白球含量最高。 動物實驗證明，
電解質分佈及轉運的改變是各種原因所致的癲癇發病後的共同機制。 發作時細胞外液鈣離子減少， 鈣離子可以控制膜的穩定性和調節神經遞質的釋放。鈣離子的減少破壞了細胞膜的穩定性，且使細胞外液鉀離子和鈣離子的比例失衡使驚厥閾值降低，且鈣離子進入神經元後觸發興奮性遞質的釋放，可使神經元興奮性增強，導致癲癇發作。癇性發作後，細胞外鉀離子增加，阻撓了細胞內鉀離子的外流，從而延長了去極化的時程。此外，細胞脫水或水分過多，都可以改變鈉離子的通透性，使神經元興奮性增強。微量元素如鋅、銅、鋰、錳等也可能通過遞質的關係在癲癇發病中起一定作用。
3．電位改變
用微電極描記腦細胞內的電活動，發現在發作間期各種癲癇病灶的中央有一部分神經元，其膜電位活動顯示異常，在每次動作電位發生以後，不是恢復平靜而是持續去極化狀態，即神經元的放電形式由單個動作電位轉變為動作電位群的爆發，並且在爆發的頭幾個動作電位之後其複極過程趨緩，使神經元保持除極狀態約100ms之久，此種現象稱陣發性去極化飄移(Paroxysmaldepolarizameionshift，PDS)。PDS是致癇活動的主要現象，是神經元受到重複突觸激動，特別是激動NMDA受體造成的，在特異性神經元中，鈣離子內流激動非選擇性內向電流並繼之以電壓依賴性鉀離子電流，這些內外向電流引起爆發；加上抑制機制阻斷而最終導致PDS產生，月前認為下列因素與PDS的產生有關：①PDS和神經活動爆發是鈣離子依賴內向電流的表達，這種緩慢的轉化活動符合鈣離子進入細胞後的作用過程；②細胞內外離子濃度的變化，如降低鉀電導、增加鈣電導，可降低靜息膜電位的穩定性；③γ-氨基丁酸(GABA)介導的抑制作用減弱，神經遞質及其受體和突觸傳遞的變化，抑制性突觸後電位(1PSP)由於細胞內鈣離子積聚而阻斷。細胞內鈣離子增加，削弱了由GABA引起的C1—電流從而致癇。PDS歷時數十以至數百毫秒以後方轉入超極化狀態，所產生的超極化波就是抑制性突觸後電位(1PSP)，起源於癲癇灶內的大群神經元所產生的長時期的爆發性單位放電，PDS使一些抑制性通路包括回饋性抑制性通路都被啟動，癇灶中心在去極化波出現之後就出現一個時程的過度極化波。其週邊組織包括對側相應皮質也出現過度極化波。實驗證明由發作間期向發作期轉化的第一個徵象是腦電圖上的猝發性棘波的出現越來越頻繁，在每個棘波之後都有一串後放電，後放電的時程逐漸變長，此時病灶內的IPSP波幅逐漸減低，時程縮短，直至完全消失。與此同時，去極化波的出現頻率增加，在每個去極化波之後都有成串的去極化後電位，隨著後者波幅的增多，癇波即由發作間期進入發作期，並通過突觸聯繫和強直後易化作用造成週邊和遠處的神經元同步性密集放電。
4．免疫異常
經許多國內外學者的多年研究證實，部分癲癇患者的免疫功能異常，主要表現為體液免疫和細胞免疫異常。由於免疫功能異常，降低了驚厥閾值而致癲癇發作，也可能是由於免疫功能異常，造成腦內神經元的生化代謝改變，損害了腦的功能。另外由於免疫功能異常，使機體抵抗力下降易發生感染，從而提高了驚厥的發生率，因此癲癇在小兒期發生率高。
(1)體液免疫
①IgA、IgG、IgM降低 Sorrell等1971年報告有10％～20％的癲癇患者血清IgA含量低於正常，2％一5％的癲癇患者血清IgA缺乏。另有文獻介紹，有家族史的癲癇患者20％～25％血清中IgA降低，而無家族史的癲癇患者血清中IgA不降低。還有人研究表明癲癇患者IgA、IgG、IgM、IgD平均含量均降低。何及第(1994年)對84例癲癇患者進行了腦脊液IgA、IgC；及β2—微球蛋白含量檢測，其數值均低於正常對照組，發病年齡越小，含量越低。
②抗腦抗體 抗腦抗體為自身抗體，是針對腦組織抗原的自身抗體，腦組織由血腦屏障將其與機體免疫系統隔絕開來，但由於損傷或疾病等各種不同原因引起腦組織損傷，血腦屏障遭到破壞，
使原來封閉的腦組織面對機體免疫系統而成為異種抗原，從而啟動免疫反應，產生相應的抗體，稱為抗腦抗體。1988年，周盛年等測定101例癲癇患者血清中抗腦抗體的陽性率為54．5％，與其他
疾病組(神經、內科、獻血員)對照有顯著性差異，抗腦抗體作用於突觸部位，封閉了抑制性傳導受體，使神經衝動更易傳遞，於是發生異常的癇性放電。同時由於癲癇發作致使腦組織缺氧，使腦抗
原暴露並進入血液迴圈，進而又激發免疫系統產生抗腦抗體。
(2)細胞免疫
主要是T淋巴細胞的數量減少、反應性降低，而與血清IgA水準無關。在未服用抗癲癇藥的患者中有21％一27％T淋巴細胞反應性降低。進一步對淋巴細胞亞群的研究表明，有50％癲癇患者存在淋巴細胞轉化率和玫瑰花形成率減低的現象。
5，實驗性癇灶
已知印防己素能拮抗GABA，青黴素能阻遏氯離子在神經膜上的通透性，局部施用均能引起致癇性發作，然而腦的內部結構因素同樣重要，這些藥物能使海馬體的CA2區和CA3區發生癇性放電，而不影響CAl區，之後又發現少數CA2和CA3區的錐體細胞具有回返性興奮纖維網路，一旦抑制減退即易引起發作。此外，河豚毒素能阻遏神經膜對鈉離子的通透，它能防止動作電位而不能防止PDS，間接證實後者和鈣離子流入有關。
6．點燃作用
即重複刺激所致的抑制性突觸後電位的逐漸低落和後放電的產生。在人類，尚不能證實重複發作會引起更多的發作，但顳葉癇灶所導致的對側病灶，則顯然和其相關。 鈣離子可以控制膜的穩定性和調節神經遞質的釋放。鈣離子的減少破壞了細胞膜的穩定性，且使細胞外液鉀離子和鈣離子的比例失衡使驚厥閾值降低，且鈣離子進入神經元後觸發興奮性遞質的釋放，可使神經元興奮性增強，導致癲癇發作。癇性發作後，細胞外鉀離子增加，阻撓了細胞內鉀離子的外流，從而延長了去極化的時程。此外，細胞脫水或水分過多，都可以改變鈉離子的通透性，使神經元興奮性增強。微量元素如鋅、銅、鋰、錳等也可能通過遞質的關係在癲癇發病中起一定作用。
3．電位改變
用微電極描記腦細胞內的電活動，發現在發作間期各種癲癇病灶的中央有一部分神經元，其膜電位活動顯示異常，在每次動作電位發生以後，不是恢復平靜而是持續去極化狀態，即神經元的放電形式由單個動作電位轉變為動作電位群的爆發，並且在爆發的頭幾個動作電位之後其複極過程趨緩，使神經元保持除極狀態約100ms之久，此種現象稱陣發性去極化飄移(Paroxysmaldepolarizameionshift，PDS)。PDS是致癇活動的主要現象，是神經元受到重複突觸激動，特別是激動NMDA受體造成的，在特異性神經元中，鈣離子內流激動非選擇性內向電流並繼之以電壓依賴性鉀離子電流，這些內外向電流引起爆發；加上抑制機制阻斷而最終導致PDS產生，月前認為下列因素與PDS的產生有關：①PDS和神經活動爆發是鈣離子依賴內向電流的表達，這種緩慢的轉化活動符合鈣離子進入細胞後的作用過程；②細胞內外離子濃度的變化，如降低鉀電導、增加鈣電導，可降低靜息膜電位的穩定性；③γ-氨基丁酸(GABA)介導的抑制作用減弱，神經遞質及其受體和突觸傳遞的變化，抑制性突觸後電位(1PSP)由於細胞內鈣離子積聚而阻斷。細胞內鈣離子增加，削弱了由GABA引起的C1—電流從而致癇。PDS歷時數十以至數百毫秒以後方轉入超極化狀態，所產生的超極化波就是抑制性突觸後電位(1PSP)，起源於癲癇灶內的大群神經元所產生的長時期的爆發性單位放電，PDS使一些抑制性通路包括回饋性抑制性通路都被啟動，癇灶中心在去極化波出現之後就出現一個時程的過度極化波。其週邊組織包括對側相應皮質也出現過度極化波。實驗證明由發作間期向發作期轉化的第一個徵象是腦電圖上的猝發性棘波的出現越來越頻繁，在每個棘波之後都有一串後放電，後放電的時程逐漸變長，此時病灶內的IPSP波幅逐漸減低，時程縮短，直至完全消失。與此同時，去極化波的出現頻率增加，在每個去極化波之後都有成串的去極化後電位，隨著後者波幅的增多，癇波即由發作間期進入發作期，並通過突觸聯繫和強直後易化作用造成週邊和遠處的神經元同步性密集放電。
4．免疫異常
經許多國內外學者的多年研究證實，部分癲癇患者的免疫功能異常，主要表現為體液免疫和細胞免疫異常。由於免疫功能異常，降低了驚厥閾值而致癲癇發作，也可能是由於免疫功能異常，造成腦內神經元的生化代謝改變，損害了腦的功能。另外由於免疫功能異常，使機體抵抗力下降易發生感染，從而提高了驚厥的發生率，因此癲癇在小兒期發生率高。
(1)體液免疫
①IgA、IgG、IgM降低 Sorrell等1971年報告有10％～20％的癲癇患者血清IgA含量低於正常，2％一5％的癲癇患者血清IgA缺乏。另有文獻介紹，有家族史的癲癇患者20％～25％血清中IgA降低，而無家族史的癲癇患者血清中IgA不降低。還有人研究表明癲癇患者IgA、IgG、IgM、IgD平均含量均降低。何及第(1994年)對84例癲癇患者進行了腦脊液IgA、IgC；及β2—微球蛋白含量檢測，其數值均低於正常對照組，發病年齡越小，含量越低。
②抗腦抗體 抗腦抗體為自身抗體，是針對腦組織抗原的自身抗體，腦組織由血腦屏障將其與機體免疫系統隔絕開來，但由於損傷或疾病等各種不同原因引起腦組織損傷，血腦屏障遭到破壞，
使原來封閉的腦組織面對機體免疫系統而成為異種抗原，從而啟動免疫反應，產生相應的抗體，稱為抗腦抗體。1988年，周盛年等測定101例癲癇患者血清中抗腦抗體的陽性率為54．5％，與其他
疾病組(神經、內科、獻血員)對照有顯著性差異，抗腦抗體作用於突觸部位，封閉了抑制性傳導受體，使神經衝動更易傳遞，於是發生異常的癇性放電。同時由於癲癇發作致使腦組織缺氧，使腦抗
原暴露並進入血液迴圈，進而又激發免疫系統產生抗腦抗體。
(2)細胞免疫
主要是T淋巴細胞的數量減少、反應性降低，而與血清IgA水準無關。在未服用抗癲癇藥的患者中有21％一27％T淋巴細胞反應性降低。進一步對淋巴細胞亞群的研究表明，有50％癲癇患者存在淋巴細胞轉化率和玫瑰花形成率減低的現象。
5，實驗性癇灶
已知印防己素能拮抗GABA，青黴素能阻遏氯離子在神經膜上的通透性，局部施用均能引起致癇性發作，然而腦的內部結構因素同樣重要，這些藥物能使海馬體的CA2區和CA3區發生癇性放電，而不影響CAl區，之後又發現少數CA2和CA3區的錐體細胞具有回返性興奮纖維網路，一旦抑制減退即易引起發作。此外，河豚毒素能阻遏神經膜對鈉離子的通透，它能防止動作電位而不能防止PDS，間接證實後者和鈣離子流入有關。
6．點燃作用
即重複刺激所致的抑制性突觸後電位的逐漸低落和後放電的產生。在人類，尚不能證實重複發作會引起更多的發作，但顳葉癇灶所導致的對側病灶，則顯然和其相關。
