Das Schmerzempfinden beginnt, wenn unangenehme Reize die sogenannten Nozizeptoren, also sensorische Nervenfasern, aktivieren. Diese spezialisierten Fasern befinden sich in Haut, Muskeln, Gelenken und einigen Organen und leiten Schmerzsignale von der Peripherie zum Gehirn weiter. Dort wird die Schmerzinformation schließlich wahrgenommen.
Das Gehirn selbst empfindet keinen Schmerz, da sich in seinem Gewebe keine Nozizeptoren befinden. Dank dieser Eigenschaft können Neurochirurgen am Hirngewebe operieren, ohne dem Patienten Unbehagen zuzufügen. In manchen Fällen ist sogar eine Operation unter Bewusstsein des Patienten möglich.
Kopfschmerzen sind hingegen etwas anderes. Obwohl das Gehirn selbst keine Nozizeptoren besitzt, befinden sich diese in den Hirnhäuten Dura und Pia. Sie dienen als Schutzschild zwischen Gehirn und Schädel. In bestimmten Situationen können freigesetzte Substanzen aus den Blutgefäßen in der Nähe von Dura und Pia die Nozizeptoren aktivieren und so Kopfschmerzen wie Migräne auslösen. Auch eine erhöhte Durchblutung kann eine Migräneattacke auslösen, weshalb Migräne zu den vaskulären Kopfschmerzen zählt. Migränekopfschmerzen sind oft pulsierend und gehen mit einer Überempfindlichkeit gegenüber Licht, Geräuschen und Berührungen einher.
Die häufigeren Spannungskopfschmerzen weisen keine Migränemerkmale auf. Zwar werden bei Spannungskopfschmerzen zweifellos Nozizeptoren aktiviert – unter anderem durch übermäßige Muskelkontraktionen –, doch sind andere Auslöser, die diese Nozizeptoren aktivieren, noch unbekannt. Ein sehr wichtiges Merkmal von Spannungskopfschmerzen ist, dass sie sich in Stresssituationen deutlich verstärken, vermutlich aufgrund einer Sensibilisierung der Schmerzzentren im Gehirn.
Eine große Schwierigkeit bei der Entwicklung neuer Therapien gegen Kopfschmerzen besteht darin, dass es keine Tiermodelle gibt, mit denen sich die verschiedenen Kopfschmerzarten unterscheiden lassen. Dennoch hoffen Wissenschaftler, dass ihr wachsendes Wissen über die einzigartigen chemischen Faktoren, welche die Nozizeptoren im Kopf im Vergleich zum Rest des Körpers aktivieren, zur Entwicklung neuer Medikamente führen wird, die die Symptome der häufigsten Kopfschmerzarten sowie von Migräne besonders wirksam lindern.
