El nervio vago proyecta gran parte de sus aferencias al núcleo del tracto solitario, entre otros sitios. A su vez, éste establece conexiones con núcleos del tronco del encéfalo, con el sistema límbico, el locus coeruleus, los núcleos del rafe, el tálamo y con la formación reticular. Estas regiones pueden hacer variar directa o indirectamente la excitabilidad cortical y la actividad del sistema límbico. Se ha demostrado que las interacciones neuronales corticales y tálamo-corticales sufren una hipersincronización durante las crisis.

Estudios neurofisiológicos han objetivado que la estimulación del nervio vago cervical puede producir desincronización en el EEG. Se cree que dicha desincronización de las áreas cerebrales excesivamente sincronizadas es la que produce el efecto antiepiléptico de la ENV ¹⁾.