睡眠和觉醒的机制
第18章 睡眠与觉醒的脑机制
散性调制系统控制丘脑的节律活动； 下行调制系统的活动。
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
一、上行网状激活系统与觉醒 1.脑干网状结构调节觉醒和睡眠
NE神经元、Ach神经元、5-HT神 经元
与睡眠有关的脑区是皮层、海马、 丘脑、下丘脑及网状系统
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
二、入睡与非快速眼动睡眠 大多数弥散性调制系统的神经元
放电频率普遍降低。 丘脑和大脑皮层的交互性神经网
络活动
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
三、快速眼动睡眠 Ach能系统神经元的活动触发
REM睡眠； 深部脑干系统抑制REM睡眠期间
运动神经元。
第三节 睡眠和觉醒的神经机制
四、促睡因子 倾向于缩短REM睡眠的时间； 促睡有助于抵御感染。
每夜睡眠由慢-快波睡眠交替4～6个周期， 每个周期历时80～90min，包括20～30min的 快波睡眠和60min的慢波睡眠，越到后半夜
，快波睡眠越长、慢波睡眠越短，而d波睡
眠逐渐消失。
睡眠相和周期
• 睡眠—觉醒周期是生理节律之一
S1（几分钟）
慢波睡眠 S2（5-15分钟）
睡眠
S3（几分钟）
S4（20-40分钟）
（一）清醒
典型a波
（二）S1（入睡期） a波变得不规则，出现q波，睡眠梭 形波
睡眠相和周期
（三）S2（浅睡期）
a波消失，q波背景上出现K复合波源自（四）S3（中睡期） 在q波背景上出现d波
睡眠相和周期
（五）S4（深睡期）
50%以上出现高幅d波
睡眠相和周期
睡眠和觉醒周期： 觉醒→S1→S2→S3→S4→S3→S2→ 第1次REM→S2→S3→S4→S3→S2→ 第2次REM→…… →觉醒
睡眠与觉醒的动力学
睡眠与觉醒的动力学
1.昼夜节律调节：
-昼夜节律是由人体内在的生物钟控制的，位于下丘脑的视交叉上核（SCN）负责产生并维持大约24小时的生理周期，调控觉醒和睡眠的节奏。
2.神经递质系统：
-在觉醒状态下，神经递质如去甲肾上腺素、乙酰胆碱和多巴胺通常较为活跃，这些物质有助于保持警觉、注意力集中和认知功能。
-而在睡眠过程中，其他神经递质如γ-氨基丁酸（GABA）的作用增强，它具有抑制神经元活性的作用，从而促使身体放松并进入睡眠状态；同时，褪黑素的分泌也随着夜晚的到来而增加，帮助诱导和维持睡眠。
3.睡眠结构与神经动力学：
-睡眠可以分为不同的阶段，包括非快速眼动期（NREM）和快速眼动期（REM），这两个阶段在夜间周期性交替出现。
不同阶段的转换涉及到脑电图（EEG）模式、肌电图（EMG）和眼球运动等生理指标的显著变化。
-NREM睡眠包含浅睡、深睡（慢波睡眠，SWS）阶段，此时脑电波呈现慢波活动，被认为是大脑巩固记忆和修复的重要时期。
-REM睡眠期间脑电图显示类似于清醒状态的快波活动，但肌肉张力几乎完全丧失，此时梦的产生最为频繁。
4.突触可塑性与睡眠需求：
-研究还表明，突触可塑性的变化可能与睡眠需求有关。
在觉醒时，神经元活动和突触强度不断调整，这可能导致代谢产物积累和能量消耗，睡眠可能作为清除这些代谢副产品、稳定突触效能和整合新学习信息的一种方式。
基因组学如何解析睡眠与觉醒的分子机制
基因组学如何解析睡眠与觉醒的分子机制睡眠是生命的重要组成部分。
睡眠和觉醒之间的平衡和交替对身体的健康非常重要。
正常的睡眠可以很好地修复身体和大脑，保持良好的身体和精神状态。
然而，长期的失眠和睡眠紊乱会导致注意力不集中、认知能力下降、情绪不稳定等问题，严重影响生活质量。
睡眠的分子机制非常复杂，但是随着基因组学研究的深入，越来越多的发现揭示了睡眠和觉醒的分子机制和相互作用。
一、概述睡眠和觉醒是一种复杂的过程，涉及大脑内部多个区域的相互作用及其分子调控。
基因组学是研究睡眠和觉醒调控机制的重要手段之一。
在最近几年的研究中，许多基因被证明参与睡眠和觉醒的病理过程。
基因组学可以通过不同的方法，如基因芯片表达、转录组学、表观遗传学和功能遗传学等来解析睡眠和觉醒的分子机制。
二、基因芯片表达睡眠和觉醒的分子机制研究通常采用小鼠模型。
基因芯片表达是一种常用的方法来研究多基因表达情况下的网络调控。
通常将在不同睡眠状态下的小鼠大脑从芯片上切下RNA处理后，可以分析微组织体内基因的表达水平。
研究表明，大脑皮层、脑干和下丘脑是睡眠维持和调控与觉醒相关灵活性的关键区域。
通过基因芯片表达的研究，发现了大量与睡眠和觉醒相关的基因。
例如，Per、Cry等时钟基因参与了昼夜节律调控，Adora2a、Adrb1、Adrb2等参与了睡眠和觉醒的神经调节，mdt-15参与调控能量代谢等等。
三、转录组学睡眠和觉醒的分类可以通过转录组学研究分析相应的基因表达谱特征。
在睡眠和觉醒之间，存在复杂的基因表达模式的变化。
研究发现，睡眠和觉醒之间有很多途径可以调节基因表达。
在睡眠和觉醒的过程中，一些特定的基因具有时间点性的表达变化，如Per2基因的表达受昼夜节律调控，从而实现对脑电波谱图的调节和调整。
基因正常的转录和表达是睡眠机制的重要组成部分。
一些先天性基因的变异会导致睡眠紊乱。
如，夜视睡病(PN)患者中PER2基因的单核苷酸多态性(SNP)变异是自体隐藏性的。
睡眠和觉醒的机制
睡眠和觉醒的机制睡眠和觉醒是人体日常生活中的两个基本状态，也是人体生理调节的重要过程。
睡眠是一种特殊的生理状态，它不仅对人体的健康和生命质量具有重要影响，而且也是大脑记忆巩固、学习能力提高的重要手段。
本文将详细探讨睡眠和觉醒的机制。
睡眠是一种周期性的、可逆的生理过程，通常包括四个睡眠阶段：入睡期、非特定性睡眠、非快速动眼期（NREM）睡眠和快速动眼期（REM）睡眠。
非特定性睡眠包括NREM睡眠和REM睡眠，这两个阶段在睡眠过程中交替出现，每个周期大约为90-110分钟。
入睡期是指从清醒进入睡眠的过程，这个过程涉及到多个脑区和神经递质的调控。
有研究发现，杏仁核和下丘脑室上核等结构的激活可以促进入睡。
此外，脑内多巴胺、5-羟色胺、γ-龙氨酸等神经递质的变化也在入睡过程中起着重要的作用。
非特定性睡眠是指未出现明显的快速眼动（REM）的睡眠状态。
它又分为三个阶段：N1、N2和N3、N1阶段是从清醒进入睡眠的过渡阶段，大脑电活动开始发生改变，肌肉张力逐渐下降。
N2阶段是一种中间状态的睡眠，大脑电活动出现特征性的睡眠波，肌肉张力进一步下降。
N3阶段是深度睡眠，大脑电活动出现大幅度慢波，肌肉张力最低，此时人体对外界刺激的反应性最低。
睡眠的机制涉及到多个调节因素，包括内部因素和外部因素。
内部因素主要包括生物钟和睡眠-觉醒调节系统。
人体拥有生物钟，其位于下丘脑，可以调控睡眠-觉醒的节律。
生物钟主要通过由光线调节的松果体激素褪黑素的释放来影响睡眠-觉醒机制。
外部因素包括光线、温度、噪音、社交环境等，这些因素会通过感觉器官传递给大脑，进而影响睡眠质量和觉醒状态。
在觉醒状态下，大脑皮层的神经元处于高度兴奋状态。
这些神经元通过突触传递神经信号，使大脑皮层处于一个高度活跃的状态。
觉醒状态的维持受到多种神经递质的影响，包括多巴胺、松果体激素、乙酰胆碱等。
需要注意的是，睡眠和觉醒是一个复杂的过程，受到多个因素的交互作用。
不同的人可能具有不同的睡眠需求和觉醒状态，这取决于个体的生理、心理和环境因素。
睡眠与觉醒脑机制
睡眠与觉醒脑机制
目录
01. 睡眠与觉醒的生理机制 02. 睡眠与觉醒的神经机制 03. 睡眠与觉醒的基因机制
睡眠与分为非快速眼动睡眠和 快速眼动睡眠两个阶段
非快速眼动睡眠：分为浅睡眠和深睡 眠，其中深睡眠是恢复精力的主要阶 段
快速眼动睡眠：大脑活动与清醒时 相似，有助于记忆巩固和情绪调节
睡眠调节：主要由大脑中的睡眠中枢 和觉醒中枢控制，受多种因素影响， 如光照、温度、饮食等。
觉醒的生理过程
01
01
觉醒过程：从睡眠状态逐渐过 渡到清醒状态
02
02
觉醒信号：大脑接收到觉醒信 号，如光线、声音等
03
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觉醒反应：大脑开始活跃，神 经活动增强，肌肉紧张度增加
04
04
觉醒后反应：身体逐渐适应清 醒状态，开始正常活动
睡眠与觉醒的神经递质
01
神经递质：如 乙酰胆碱、去 甲肾上腺素、
多巴胺等
02
作用：调节睡 眠与觉醒状态
03
睡眠阶段：不 同阶段有不同 的神经递质参
与
04
觉醒阶段：神 经递质参与觉 醒和警觉状态
睡眠与觉醒的神经调控
神经递质：如褪黑素、 5-羟色胺等，调节睡 眠与觉醒
睡眠周期：如快速眼 动睡眠和非快速眼动 睡眠，交替进行
睡眠与觉醒的神经机 制
睡眠与觉醒的神经网络
01
神经递质：如GABA、谷氨酸等，在睡
眠与觉醒过程中发挥重要作用
02
神经环路：如REM睡眠、非REM睡眠
等，不同睡眠阶段有不同的神经环路
03
神经细胞：如神经元、神经胶质细胞等，
在睡眠与觉醒过程中发挥重要作用
04
神经调节：如昼夜节律、睡眠压力等，
觉醒和睡眠的基本机制
觉醒和睡眠的基本机制觉醒和睡眠是人类生活中的两种基本状态。
觉醒状态是人们清醒、有意识地认识和感知外界环境的状态，而睡眠状态则是进入一种无意识、休息和恢复体力的状态。
觉醒和睡眠的基本机制是由复杂的神经生理和神经化学过程调控的。
觉醒的基本机制可以分为两个方面：意识觉醒和注意觉醒。
意识觉醒是指一个人从睡眠状态中迅速转入清醒有意识的状态。
这是由于脑干网状结构核的兴奋和大脑皮层的激活所发生的。
脑干网状结构核通过广泛投射至大脑皮层的多巴胺、去甲肾上腺素和神经肽等神经递质的释放，来促进大脑皮层细胞的兴奋活动。
注意觉醒是指一个人能够有选择性地集中注意力，在各种感官输入中筛选和选择相关信息。
这是由于大脑皮层中大量神经元的活动所调控的，这些神经元之间形成了复杂网络连接，以及通过神经递质的释放来调节信息传递和信息处理速度。
睡眠的基本机制主要包括两个过程：睡眠调节和睡眠周期。
睡眠调节是通过两种互补的机制来调节睡眠的产生和维持：睡眠欲望和生物钟。
睡眠欲望是人体对休息和恢复的需求。
它由脑干的多巴胺、腺苷和腺苷酸等神经递质的释放所调节。
脑干神经元的活动水平增加导致多巴胺的释放增加，进而抑制大脑皮层的活动，使人体产生入睡的欲望。
而生物钟则是人体内部的时间节律系统，通过释放调控因子来调节觉醒和睡眠周期。
睡眠周期是指一夜睡眠中多个不同阶段的循环。
睡眠可以分为两个主要阶段：快速眼动睡眠（REM睡眠）和非快速眼动睡眠（NREM睡眠）。
在NREM睡眠阶段，人体进入较深的睡眠状态，大脑皮层神经元的活动趋于抑制；而在REM睡眠中，大脑皮层活动增强且与记录到的梦境出现相关联。
觉醒和睡眠的机制受到多种因素的影响，包括环境因素和内部因素。
环境因素如光照、噪音、温度等可以影响睡眠和觉醒的质量和时长。
光照对生物钟调节有重要作用，充足的阳光可以促进觉醒，而昏暗的光线则有助于入睡。
内部因素如年龄、健康状况、药物使用等也可以影响觉醒和睡眠。
婴儿和年长者的睡眠需要比成年人更多，而健康问题如失眠、睡眠呼吸暂停等会干扰睡眠。
觉醒和睡眠的基本机制
觉醒和睡眠的基本机制引言觉醒和睡眠是生物体的基本生理状态之一，是生活的必要组成部分。
觉醒状态是指个体处于清醒、警觉、有意识的状态，而睡眠状态则是指个体处于闭目休息、昏睡、无意识的状态。
觉醒和睡眠状态交替出现，并且在不同阶段具有不同的特征和功能。
本文将介绍觉醒和睡眠的基本机制，包括影响觉醒和睡眠的因素以及两者之间的相互作用。
影响觉醒和睡眠的因素内源性因素生物钟生物钟是人体内存在的一种自然生物节律，主要由体内的时间感受器调控。
它决定了个体在不同时间段对觉醒和睡眠的需求。
生物钟受到环境光线的影响，如当夜晚光线减弱时，生物钟会向睡眠状态转变。
天然物质一些天然物质也会影响觉醒和睡眠的状态。
例如，腺苷是一种神经递质，在大脑中起到促进睡眠的作用。
咖啡因则是一种拮抗腺苷作用的物质，常见于咖啡和茶中，它可以抑制睡眠反应，增加觉醒状态的持续时间。
外源性因素环境光线环境光线是一个重要的外源性因素，对觉醒和睡眠状态有重要影响。
当光线强烈时，会刺激视网膜并抑制褪黑激素的分泌，从而使觉醒状态得到促进；而在昏暗的光线下，褪黑激素的分泌增加会促进睡眠。
噪音噪音也是影响睡眠的重要因素之一。
过高的噪音会干扰个体的睡眠状态，使其难以入睡或易于醒来。
因此，保持安静的环境对于睡眠的质量十分重要。
觉醒和睡眠的相互作用觉醒和睡眠是相互依赖、相互影响的生理状态。
它们之间的相互作用体现在以下几个方面：觉醒对睡眠的影响觉醒状态下的活动会消耗能量，刺激中枢神经系统的活动。
这种刺激作用会在一定程度上延长个体的觉醒时间。
同时，觉醒状态也会使个体感到疲劳，促进入睡的欲望，为下一次的睡眠做准备。
睡眠对觉醒的影响睡眠对于个体的生理恢复具有重要作用。
充足的睡眠可以提高个体的警觉性和注意力，促进学习和记忆的巩固。
缺乏睡眠则会导致疲劳、焦虑和注意力不集中等问题，进而影响个体的觉醒状态。
觉醒和睡眠的调控觉醒和睡眠的调控是由多种神经递质和脑区共同参与的。
觉醒状态主要由大脑皮质活动的增强和下丘脑-脑干网的激活来维持；而睡眠状态则主要由GABA能神经元的兴奋和丘脑-脑干网的抑制来维持。
睡眠与觉醒的机制
睡眠与觉醒的机制赵天明190701046睡眠和觉醒是人一生中反复交替的二种生理状态，睡眠占据了人类生命中大约三分之一的时间，是人类生存的必要条件。
它受制于接近地球自转周期的“昼夜节律（circadianrhythm）”的影响，同时也受人类自身“生物钟（biologicalclock）”的调控。
自古以来人类就对睡眠的本质有过数不清的猜测和遐想，但直到目前睡眠和觉醒觉醒的机制（mechanismsofsleep-wakestates）仍然是困惑人类的一个基本课题。
人类对睡眠的认识是随着脑电技术的发展而逐渐深入。
1875年Caton第一次从家兔和犬脑表面记录到了脑电活动波，1929年Berger从其儿子的头皮上首次记录到了人类的脑电波，并观察到睡眠和觉醒状态下，脑电图有显著不同。
1953年美国芝加哥大学生理教研室的Kleitman教授和他的研究生Aserinsky第一次通过脑电、眼电和肌电的记录发现了异相睡眠(paradoxicalsleep)即快速眼动睡眠(rapideyemovementsleep)，使人类对睡眠的认识由原来的单一过程改变为包含两个截然不同时相的双相过程，即慢波睡眠和异相睡眠，并且随后的研究发现引起异相睡眠神经机制与慢波睡眠也不同。
从20世纪30年代开始，包括神经生理学、神经解剖学和神经生化学的多学科就开始对睡眠和觉醒基本机制进行研究，使人类对睡眠和觉醒有了一定的认识。
在早期的研究中，损伤和刺激是最常用来鉴定神经系统中产生和维持觉醒和睡眠区域的基本方法，神经解剖学运用这些方法对动物睡眠和觉醒机制进行了大量的研究，这些研究对于了解人类睡眠和觉醒机制以及与人类脑损伤相关的睡眠紊乱和昏迷提供了神经解剖基础。
神经生理学通过记录脑内神经细胞的电活动，确认可能产生睡眠或觉醒的细胞，明确了一些睡眠-觉醒产生的细胞机制，从20世纪60年代开始，更多的研究聚焦于神经递质在睡眠和觉醒过程中的作用，进一步促进了人类对睡眠和觉醒机制的理解。
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明显的昼夜节律，在夜间慢波睡眠时降至低点，在清晨和觉醒时升高，这很可能反映出激素为觉醒的预备机制。
2慢波睡眠的化学介质(1）神经递质与慢波睡眠5羟色胺（serotonin，5—HT）在早期的研究中就发现5—HT可能对慢波睡眠形成有一定作用，其作用可能与拮抗儿茶酚胺有关，单胺氧化酶抑制剂如巴吉林（pargyline）和尼亚酰胺(nialamide）可阻止5-HT的代谢，这些药物显示出具有延长和加强慢波睡眠的作用，而阻止5-HT合成的药物（如parachlorophenylalanine）则可以引起失眠.20世纪60年代,通过免疫荧光技术发现5—HT定位于脑干的中缝神经细胞（rapheneurons），因此考虑到中缝核（raphenuclei）很可能是脑干慢波睡眠系统的组成部分。
中缝核位于脑干中线上，从延髓至脑桥和中脑，5-HT神经细胞对脑和脊髓具有广泛的神经支配，其吻侧中缝核(rostrallylocatedraphenuclei）主要向前投射至前脑,包括丘脑、下丘脑、前脑基底和皮层区域，其尾侧中缝核(caudallylocatedraphenuclei）主要向尾部投射至脊髓.损伤猫的5—HT中缝核可引起猫完全失眠,中缝核的部分损伤,包括延髓、脑桥或中脑的中缝核,则可引起睡眠不同程度的降低，慢波睡眠数量与前脑缝际核损伤量以及5—HT损耗量有关.这说明5-HT的中缝核组成了完整的脑干睡眠产生系统。
临床上因脑部损伤引起的失眠与中脑尾部、脑桥被盖，尤其是中缝核的损伤有关,而用5-HT的前体5—HTP可以使失眠患者的慢波睡眠恢复。
谷氨酸(glutamate）谷氨酸是主要的神经递质,在觉醒过程中起基础作用，一些谷氨酸受体的拮抗剂具有镇静和麻醉作用,如克他命(ketamine）。
目前发现脑干网状结构中有大量神经细胞含有高浓度的谷氨酸，很可能是上行激活系统中的主要神经递质。
在丘脑和皮层的一些投射神经细胞中也含有谷氨酸,在自主觉醒或刺激中脑网状结构可以发现大脑皮层释放与皮层活动相关的大量谷氨酸.谷氨酸作用于不同的突触后受体，包括离子型受体AMPA、NMDA和代谢型受体t-ACPD，这些均是兴奋性受体并与不同的激活类型和放电有关。
刺激不同的受体通常与丘脑和大脑皮层的电活动增加有关。
然而刺激NMDA受体可以诱发许多细胞的突发性放电，这可能与慢波睡眠时锥体细胞的突发性放电有关。
因此谷氨酸在皮层活动和觉醒中起重要作用,不同的谷氨酸受体在慢波睡眠相关的突发性放电时被激活。
(2）脑脊液源性因子，肽类和觉醒觉醒因子被认为存在于脑脊液中，因为从觉醒的供体动物中获得的CSF可使其受体动物觉醒。
尽管发现其它一些化学物质如儿茶酚胺在CSF 中可以根据生理节律而变化，但长期以来一直认为这种觉醒因子是一种肽类,肽类（peptides）早期曾在脑室内注射肽类来确定其在睡眠和觉醒中的作用.虽然一直认为肽类可能被释放于CSF中并通过这种方式扩散，但实际上它们存在于具有广泛投射的神经系统并通过化学性神经递质才具有这种广泛的作用。
脑室内注射肽类可以使其到达产生作用的生理部位并产生类似的生理作用。
肽类通常与其它一些小分子神经递质共存，并通过同一神经末梢按照神经活动的不同水平而差别释放。
神经活性肽类（neuroactivepeptides）作用于第二信使相关的受体产生相对较长突触后作用,其中一些仅具有调节其它神经递质或神经调质的作用.如脑脊液中的P物质(substanceP）具有轻度增加觉醒持续时间的作用，若脑桥中脑被盖的乙酰胆碱神经细胞中乙酰胆碱和P物质共存，这种增加觉醒持续时间的作用则更明显。
脑室内注射促肾上腺皮质激素释放因子（corticotropin-releasingfactor）和促甲状腺激素释放因子（thyrotropin-releasingfactor)也可表现出与皮理学通过记录脑内神经细胞的电活动,确认可能产生睡眠或觉醒的细胞,明确了一些睡眠—觉醒产生的细胞机制，从20世纪60年代开始，更多的研究聚焦于神经递质在睡眠和觉醒过程中的作用，进一步促进了人类对睡眠和觉醒机制的理解。
目前认为睡眠和觉醒是在神经和神经介质共同作用而完成，其本身受昼夜节律、人体生物钟和周围环境的影响和调节.一睡眠—觉醒的神经机制1觉醒的神经机制早在20世纪初,许多生理学家认为觉醒是由持续的感觉冲动传入大脑来维持。
20世纪40年代在动物实验中发现，维持觉醒的神经传入并非来自躯体感觉神经而是来自于脑干网状系统,而随后的一些实验证实脑干网状结构（brainstemreticularformation)的神经细胞间接的接受来自内脏、躯体和特殊感官的传入冲动，并将这些冲动通过上行投射发送到前脑。
脑干网状上行激活系统（ascendingreticularactivatingsystem)是维持皮层活动和觉醒行为的基础。
在人类的临床研究中,神经学家也注意到中脑和间脑后部的损伤可以引起嗜睡和昏迷，因此在20世纪30年代认为睡眠的调节中枢位于中脑和间脑，并且是由觉醒和睡眠中枢二部分组成，觉醒中枢位于中脑被盖和间脑尾部。
后来在对昏迷和嗜睡动物和人的研究中，发现皮层活动和觉醒行为的分离现象,因此认识到有二套系统控制着皮层活动和觉醒行为。
20世纪40到50年代许多实验证实皮层激活系统的存在,20世纪60到70年代的研究表明脑干网状系统并非觉醒所必须,因为切断或损伤脑干如果给予足够的时间，皮层激活最终可恢复。
实际上当中脑的大面积损伤是分步逐渐进行，容许每一步损伤恢复，则不仅不会引起昏迷而且损伤可完全恢复。
生理学家通过电刺激和选择性损伤技术，发现网状结构的紧张性兴奋可通过背侧丘脑中继传递到大脑皮层。
在丘脑正中核、板内核(intralaminar）内已发现广泛的皮层投射，并且能以高频电刺激激活整个大脑皮层。
非特异性丘脑皮层系统依赖于网状结构的刺激，切除丘脑导致动物皮层活动的消失，但如果损伤为慢性过程，皮层活动可以恢复。
对于双侧丘脑旁正中核损伤，可出现低唤醒（dearousal)或亚清醒（subwakefulness)综合征。
在完全切除丘脑的动物，皮层同步功能的损进一步研究表明，延髓网状结构背侧的神经细胞和孤束核可以产生睡眠，其机制在于对前脑直接整合的影响和对上行激活系统神经细胞的抑制有关。
孤束核（solitarytractnuclei)可以引起睡眠，它接受来自舌咽神经和迷走神经的传入冲动，来自孤束核和延髓网状结构背侧的神经细胞上行投射至脑桥和中脑，终止于臂旁核（parabrachialnuclei)，后者再投射至丘脑、下丘脑、视前区、杏仁核、和眶额部皮质（orbitofrontalcortex）。
孤束核最后投射到除皮质以外的这些区域。
神经解剖资料显示,孤束核的主要作用不是通过网状激活系统而是通过前脑边缘结构（limbicforebrainstructure)实现，后者也与自律调节和睡眠产生有关.研究发现丘脑是睡眠产生的中心，临床上也发现家族致死性失眠（fatalfamilialinsomnia)与丘脑神经核退化有关。
但动物研究表明尽管丘脑是皮层睡眠纺锤波产生所必须，但不是皮层慢波和行为睡眠所必须，丘脑完全切除上述慢波仍可持续。
早在20世纪初期有人就注意到一些“脑炎嗜睡”的患者,如果病损涉及下丘脑前部失眠是主要症状，因此认为睡眠中枢位于下丘脑前部，它与位于下丘脑后部的觉醒中枢相对，正常情况下与觉醒中枢形成平衡。
Nauta 后来证实下丘脑前部视前区（preopticarea)存在促使睡眠的区域.用电刺激这一区域可以诱发出行为抑制并伴有与睡眠一致的相关性改变,这一区域的神经细胞被认为具有抑制上行网状激活系统神经细胞的作用.20世纪60年代发现电刺激视前区和前脑基底，可以引起嗜睡、睡眠行为和睡眠EEG改变，与此相反这些区域的大面积损伤可以引起睡眠减少和睡眠周期的消失。
因此，下丘脑前部、视前区、前脑基底和脑干下部对睡眠的产生具有重要的作用.然而,Villablanca等人发现这些结构还不足以产生慢波睡眠，基底神经节和大脑皮层也参与睡眠的形成和维持。
他们发现具有脑干下部和间脑的去皮层和纹状体动物(如间脑猫）并没有显示出正常睡眠而是显示慢波睡眠的明显减少,尽管前脑基底的部分损伤可能在这些动物上发生，且这可以解释睡眠的减少，但结果不能解释基底神经节和大脑皮层在诱导和维持睡眠中的作用，正常情况下,间脑尾部的睡眠抑制作用和脑干吻部保持平衡,电刺激尾状核和眶额部皮质可产生皮层同步现象和睡眠行为。
皮层前部的双侧损伤可引起持久的中等度睡眠减少，而尾状核的损伤则引起暂时性的睡眠减少，另外一些损伤表明，眶额部皮质在慢波活动的产生和睡眠行为的产生中尤其重要。
研究表明眶额部皮层和前脑基底、视前区和下丘脑前部共同组成前脑睡眠诱导系统（forebrainsleep—induceingsystem）。
放电的间期较长，这种短暂的突发放电与慢波睡眠时的皮层和丘脑平均尖波速率（averagespikerate）的下降有关.这种状态是丘脑皮层系统可以相对休息的一种形式，这种突发的活动的出现与纺锤波有关，它由丘脑产生，丘脑网状神经细胞驱动。
二睡眠和觉醒的相关化学介质早在20世纪初，Pieron就提出睡眠因子的概念,他认为睡眠因子在清醒状态时在脑内进行聚集，达到一定程度则产生睡眠，并且用实验来证实其推测。
他将睡眠剥夺动物的脑脊液（CSF）注入正常觉醒动物的脑室后，即引起动物的睡眠.这个概念持续了许多年，但因受技术的限制这种睡眠因子一直未能得到证实.在20世纪50年代，随着技术的发展发现了神经递质，一些药物可以与这些物质相互作用，并影响到睡眠和觉醒状态。
因此，考虑到这些神经递质与睡眠有关.随着组织化学技术的发展，使得研究这些神经递质在神经细胞中的定位及其在睡眠—觉醒中所起的作用成为可能.20世纪60年代,Jouvet提出睡眠和觉醒是由脑内投射系统中一些神经细胞的神经递质所产生。
最早认识到与睡眠和觉醒相关的神经递质是单胺和乙酰胆碱,其后发现其它一些小分子氨基酸神经递质和大分子肽类神经活性物质也与此有关。
这些存在于局部或广泛的神经细胞或投射系统中的分子量大小不一的化学介质，具有神经递质、神经调质和神经激素的作用，各自在觉醒以及睡眠的产生和维持过程中起作用.1与觉醒相关的化学介质（1）神经递质与觉醒儿茶酚胺（catecholamine）在20世纪50年代，药理学研究发现的第一个与觉醒有关的神经递质是儿茶酚胺。
并且发现一些药物也通过影响儿茶酚胺的代谢而具有镇静或上述结果表明黑质和中脑腹侧被盖区域的多巴胺神经细胞，其投射至额皮层和纹状体，在觉醒行为方面起重要作用，而脑干和蓝斑核的去甲肾上腺素能神经元，其弥散投射至前脑包括皮层，在皮层活动方面起整合（intergral）作用。