(2)乙酰胆碱及其酶活性改变：小长谷正明等用Ellman方法测定16例OPCA患者脑脊液中乙酰胆碱酯酶(AchE)活性，发现脑脊液中AchE活性下降与Mm的脑桥底部、小脑蚓部的萎缩程度呈正相关，认为与其他变性病相比，脑脊液AchE活性改变更能反映脑桥小脑系胆碱能神经元的活动。
(3)单胺类神经递质的改变：单胺类神经递质的水平改变，表明OPCA神经病变可能累及基底神经节。
(4)喹啉酸有关酶的改变：Kish等对11例OPCA尸检脑应用放射化学方法测定喹啉酸的两个代谢酶：3-羟基邻氨基苯甲酸氧化酶(3HAO)和喹啉酸磷酸核糖基转移酶(QPRT)的活性，发现小脑皮质中3HAO活性正常，QPRT活性显著增高，枕叶皮质两酶活性无明显改变。这组患者中，小脑皮质蒲肯野细胞严重脱失，颗粒细胞相对保留。喹啉酸具有比谷氨酸强得多的兴奋性神经毒性。QPRT为喹啉酸分解代谢酶，其活性升高，可能是对喹啉酸敏感的颗粒细胞的一种保护机制。
(5)其他：嘌呤代谢异常、膜磷脂代谢异常、硫胺的变化等也可能参与发病。Pedraza等研究了29例OPCA患者血液、脑脊液中硫胺水平，发现血液中硫胺水平无显著改变，而脑脊液中水平显著下降，作者认为由于OPCA患者小脑萎缩严重，因而可解释这一结果。
此外，也有报告与维生素E缺乏有关。关于以上异常其中哪些是关键性生化改变尚难判断。深入研究氨基酸类神经递质改变，对揭示本病病因及发病机制可能具有重要意义。
2、病毒感染学说有人推测可能由一个不明的致病因素(可能是慢病毒)作用在神经元的核酸而致。有些学者从患者小脑皮质中找到病毒壳核而认为本病的发生与病毒感染有关。Dennis通过对两例小脑活检组织的电镜观察，发现小脑皮质轴突有结晶样包涵体和排列成阵的蚓状管，其类似某些副黏病毒核衣壳及某些病毒感染的核包涵体结构，故认为病毒感染可能参与本病的发病机制。