现代医学研究认为，睡眠是经过长期进化的动物后天获得的一种生理功能。这种生理现象，自古以来就引起人们的很大兴趣，对它的解释也众说纷纭，大体上有血液中毒学说、睡眠中枢学说、网状系统上传阻断学说和自律神经系统学说，而最近研究表明，引起睡眠的内源性化学物质有22种，其中有一种叫做ASP5-a-DSIP的物质，具有调节“24小时节律”的编程效应。
近年来神经生理研究表明：脑干蓝斑核和中缝核是产生和维持睡眠的特异中枢。蓝斑核头部向上发出纤维至大脑皮层，与网状结构上行激活系统一起维持醒觉；中缝核头部向上发出的纤维与“无快眼运动”(NREM)睡眠的产生和维持有关。蓝斑核和中缝核尾部都参与“快眼运动”(REM)睡眠过程。去甲肾上腺素(NE)与5-羟色胺(5-HT)是维持睡眠和醒觉状态起决定作用的一对介质。当脑内NE含量不变或增高时，降低5-HT的含量可引起失眠；当脑内5-HT含量正常或增高时，降低NE含量则引起嗜睡。
在近些年来对睡眠中枢的探索中，以色列海法市医学院睡眠中心，通过扫描发现脑蓝斑核还是主管睡眠时做梦的神经中枢；美国科学家发现，大鼠的大脑中有一个主管睡眠的“开关”，是位于大脑深处的微小细胞核团，此即大鼠睡眠中枢；意大利研究者，通过对家族性失眠病例的研究，在病理上发现有丘脑退化现象，推断人也应该有睡眠中枢。而科学家们通过神经细胞的电生理实验，初步认为，在眼后侧脑的前部存在控制睡眠的睡眠中枢。美国麻省理工学院的沃特曼和他的助手们，发现了松果体分泌的褪黑素有致眠作用；同时他们还发现，儿童夜间血液中褪黑素含量是300，成人只有100，而老年人最高不过是40，以此解释儿童睡眠多于老年。
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