Leao（1944年）在动物实验中用皮质脑电图首先观察到皮质受到有害刺激后出现枕部脑电活动低落，并以大约3mm/min的速度缓慢向前扩展，称之为CSD.动物实验研究表明CSD发生之初神经元和胶质细胞去极化，开始突然出现数秒钟的高幅棘波活动，随后神经细胞呈静息状态并持续数分钟。许多学者认为大脑皮质突然兴奋后出现短暂的抑制可能是偏头痛发作中先兆或神经功能障碍发生的基础。偏头痛的先兆多表现为突然出现的不成形的闪光，偶尔为五彩斑斓的亮点或耀眼炫目的曲折光线，这些发光明亮的幻觉（刺激症状）可能与神经元去极化有关，随后在相应的视野内形成暗点、偏盲、单眼盲或黑矇（抑制症状）可能与神经元抑制有关。
CSD产生的确切机制尚不完全清楚。在海马切片上通过藜芦定（Veratridine）阻滞钠通道的静息状态，引起细胞内钠水平显著增加可致反复的CSD样活动，提示阳离子型通道功能的加强可促进病理性CSD样电位形成。现已明确家族性偏瘫性偏头痛为钙通道a1亚单位突变所致，且脑镁浓度降低均支持此观点。此外，谷氨酸能系统与CSD形成也有密切关系。谷氨酸，尤其是NMDA受体的激动剂有较强的诱导CSD的功能，而各种竞争性或非竞争性的NMDA可阻止CSD形成。实际上，在CSD过程已发现有大量的谷氨酸及门冬氨酸释放，偏头痛患者血浆及血小板内兴奋性氨基酸水平增加。因此内源性谷氨酸及门冬氨酸释放增加及其受体在CSD形成、传播及其时程中有重要作用。另外，在动物实验中成功诱发CSD取决于组织的易感性和触发因素，其中K+在CSD发生中起关键作用。大脑K+的清除系统主要取决于胶质细胞对K+的清除能力，人类脑皮质中视皮质处胶质细胞与神经元比率最低，故在此处易出现CSD，这可能是偏头痛中视觉先兆最为常见的原因。
总之，偏头痛患者存在的阳离子通道受损，谷氨酸代谢异常，镁缺乏以及线粒体能量代谢障碍等因素均可使皮质神经元异常兴奋，从而有利于神经元去极化及CSD形成。目前有许多证据认为偏头痛患者中枢神经元兴奋性增加，最近应用经颅磁刺激进行研究，发现典型偏头痛患者出现光幻视的阈值低于正常对照，强烈提示其枕皮质神经元兴奋过度。在典型偏头痛发作间歇期作PET研究，发现脑的氧耗增加，且服用利血平后脑的葡萄糖代谢增加，也提示其神经兴奋性增加。CSD逐渐向前扩展的机制可能是这样的：触发因素→去极化→突触前钙内流、突触后钠和钙内流→递质释放和细胞外钾增加→扩散至邻近组织→邻近神经元和胶质细胞去极化。
CSD引起头痛的机制尚不完全明确。CSD除对CBF、代谢产生影响外，对大脑的其他方面有广泛作用，这可能是其引起头痛的重要原因。目前研究表明导水管周围灰质、脑干缝际核、蓝斑、脊髓后角等在中枢疼痛调节系统中有重要作用，极有可能就是头痛的原发灶。目前一些研究提示CSD对某些皮质下结构有广泛影响，如CSD可减少睡眠活动，提示对起源于丘脑的电活动有作用；反复CSD可致三叉神经脊束核c-fos表达增加，可能是激活三叉神经，从而使软脑膜和硬脑膜血管内的三叉神经末梢释放SP、医学`教育网搜集整理神经肽激酶A、前列腺素及CGRP等活性肽，作为血管扩张及神经源性炎症介质引起头痛；在约60%的麻醉鼠中发现CSD可引起蓝斑区反常的爆发样电活动，说明CSD可增加此脑区活动。CSD对这些部位的影响可能是引起头痛及其相关临床表现的重要原因。先兆与头痛发作之间的潜伏期可能反映CSD从枕叶传播至疼痛触发区的时间。其次，CSD可引起与偏头痛有关的神经递质释放。在动物实验中已明确CSD可引起NO释放，而且反复CSD可导致NO持续释放。另外NMDA受体激活也可触发NO合成。NO可作用于血管内皮强烈扩张血管，在神经源性炎症中参与三叉神经纤维上血浆蛋白外漏，NO还可转化为羟基并介导组织损害，因而在头痛发病机制中有重要作用。最后，CSD还可产生与痛觉过敏及炎症有关的基因表达产物（如神经生长因子、神经胶质纤维性酸性蛋白、环氧合酶2等），这也是CSD引起头痛的重要因素。
还可产生与痛觉过敏及炎症有关的基因表达产物（如神经生长因子、神经胶质纤维性酸性蛋白、环氧合酶2等），这也是CSD引起头痛的重要因素。
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