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高级的成像技术首次显示与相匹配的对照者比较患丛集性头痛病人的脑组织有系统的结构上的差别，而不是像以前认为的那样仅仅是功能上的差别。
伦敦神经病学研究所的一个小组已经发现丛集性头痛（单侧，有规律的、季节性的严重头痛）患者脑中灰质的密度与正常的相匹配的志愿人员相比明显增加。无论病人发作与否这些差别均存在，这表示其改变是永久性的。
美国神经病学研究所的临床神经病学教授、研究小组成员Peter Goadsby教授说：“目前接受的像丛集性头痛和偏头痛那样的原发性头痛的基本观点是，这些病是由于脑功能的异常所致，而脑细胞的结构是完全正常的。但我们的研究证明情况并不完全是这样”。 研究人员使用以体素为基础的形态测定法（一种客观、自动的方法，能敏感地分析脑结构的改变）研究了27例丛集性头痛病人的脑结构，并与25例匹配的对照者进行了比较。他们发现头痛发生一侧的下丘脑灰质密度增加，这与丛集性头痛急性发作期的正电子发射型断层扫描术观察到的活动区域几乎完全一致，而下丘脑是与周期节律性有关的脑区部分。
Goadsby评价，他们的结果首次证明了与丛集性头痛有关的脑区的精确位置，并有助于解释为什么这种疾病有如此显著的季节性和周期性。
虽然以前认为膜钙通常异常对头痛有影响，但现在就提出脑结构异常的基本性质可能与头痛有关尚为时过早。