脑的全部活动依赖于电信号的传递。脑由几百万个被称为神经元的细胞组成;它们有细胞体和带分支的神经纤维长臂(即轴突)。电信事情沿着轴突通过，正如电话信号没电话线传送一样。当信事情到达轴突的末端时，引起一种化学物质释放。这种化学物质通过特殊的接收器(被称为受体)同附近的神经元联系。受体使神经元胞体兴奋，如果足够强烈，信号得以进一步沿轴突送出("放电")。这就是神经元相互传送信息的方式。如果脑仅发生兴奋，则最终所有神经元一同放电，结果导致"放电风暴"，正如癫痫发作时所见到的。不过，另有某些神经元从轴突释放化学物质抑制周围的神经元，使其停止"放电"。当兴奋和抑制保持平衡时，大脑功能正常。如果在脑内某部分兴奋太多或抑制太少时(不平衡)，就可导致癫痫发作。
在部分性发作，局部兴奋和抑制不平衡可由局部的脑损伤引起，例如，出生时缺氧，脑膜炎或头部外伤，也可由异常组织如脑肿瘤、脑发育缺陷引起。在某些病人，部分性发作原因不明。
在全身性发作，化学物质不平衡影响脑内广泛区域，且大脑通常无明显的结构异常。可由药物如可卡因和苯丙胺，体内电解质改变，饮酒过多，遗传性或未知因素引起。因此，癫痫发作是脑内潜在紊乱的一个症状，正如腹痛是潜在消化道异常(如食物中毒、溃疡、阑尾炎等)的症状一样。
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