要了解睡眠的生理學，我們必須了解大腦的生理學，因為睡眠中最明顯的生理變化發生在大腦。
大腦在睡眠期間消耗的能量明顯少於清醒時，尤其是在非快速動眼睡眠期間。在活動減少的區域，大腦會恢復 ATP（三磷酸腺苷）的供應—這種分子用於短期儲存和運輸能量。在安靜的清醒狀態下，大腦消耗了身體20%的能量，因此這種減少對整體能量消耗有顯著的影響。
睡眠會增加感覺閾值，這意味著睡眠中的人感知到的刺激較少，但通常仍然可以對大聲的噪音和其他顯著的感覺事件做出反應。
在慢波睡眠期間，人類會分泌大量的生長激素。
所有睡眠，即使是白天，都與催乳素的分泌有關。
監測和測量睡眠期間變化的主要生理方法包括：
– EEG – 腦波腦波圖，
– 眼球運動的 EOG 眼電圖，以及
– 骨骼肌活動的 EMG 肌電圖。
同時收集這些測量結果稱為（PSG）多導睡眠圖，這是一種可以在專門的睡眠實驗室進行的睡眠研究。
睡眠研究人員也使用：
– 簡化的心電圖 – 心臟活動的心電圖和
– 運動記錄器。
睡眠中的腦波
腦電圖上看到的電活動代表腦波。特定頻率的腦電圖波幅對應於睡眠-覺醒週期中的各個點，例如睡著、醒著或入睡。
阿爾法波、貝塔波、西塔波、伽馬波和德爾塔波都出現在睡眠的不同階段，每種波形都保持不同的頻率和幅度：
– 當一個人處於休息狀態但仍然完全清醒時可以看到阿爾法波。他們的眼睛可能閉著，整個身體都在休息並且相對靜止，身體開始放慢速度。
– 當一個人專注時，貝塔波會取代阿爾法波，因為他們可能正在完成一項任務或專注於某件事。貝塔波由最高頻率和最低振幅組成，當人們完全警覺時會出現。
– 當一個人高度專注於某項任務或全神貫注時，就會看到伽瑪波。
– THETA 波發生在人清醒期間，並繼續過渡到睡眠的第一階段和第二階段。
– 當一個人處於最深度睡眠時，可以在睡眠的第 3 和第 4 階段看到 DELTA 波。
非快速動眼睡眠與快速動眼睡眠
睡眠分為兩大類：非快速動眼（非快速動眼期或 NREM）睡眠和快速動眼（REM）睡眠。非快速動眼睡眠和快速動眼睡眠非常不同，生理學家將它們視為不同的行為狀態。
非快速動眼睡眠先發生，過渡期之後稱為慢波睡眠或深度睡眠。在此階段，體溫和心率下降，大腦消耗的能量減少。
快速動眼睡眠，也稱為矛盾睡眠，只佔總睡眠時間的一小部分。它是做夢（或噩夢）的主要場合，與不同步和快速的腦電波、眼球運動、肌張力喪失和體內平衡的暫停有關。
NREM 和 REM 睡眠交替的睡眠週期平均需要 90 分鐘，在良好的夜間睡眠中會出現 4-6 次。
美國睡眠醫學會 (AASM) 將 NREM 分為三個階段：N1、N2 和 N3，最後一個階段也稱為 Delta 睡眠或慢波睡眠。
整個週期通常會依照以下順序進行：N1→N2→N3→N2→REM。
快速動眼睡眠發生在一個人從深度睡眠回到第 2 階段或第 1 階段。夜間較早的深度睡眠（N3 階段）量較多，而快速動眼睡眠的比例在自然覺醒前的兩個週期中增加。
喚醒
醒來可能意味著睡眠的結束，或者只是在重新入睡之前審視環境並重新調整身體姿勢的時刻。睡眠者通常會在快速動眼階段結束後不久醒來，有時會在快速動眼階段的中間醒來。內在晝夜節律指標以及穩態睡眠需求的成功減少通常會導致覺醒和睡眠週期的結束。覺醒涉及大腦中增強的電激活，從丘腦開始並擴散到整個皮質。
在典型的睡眠夜晚，沒有太多時間處於清醒狀態。在使用腦電圖進行的各種睡眠研究中，發現女性在夜間睡眠期間清醒的時間為 0-1%，而男性在此期間清醒的時間為 0-2%。對於成年人來說，覺醒度會增加，尤其是在後期。一項研究發現，第一個 90 分鐘睡眠週期中有 3% 的清醒時間，第二個 8%，第三個 10%，第四個 12%，第五個 13-14%。大部分清醒時間發生在快速動眼睡眠後不久。
如今，許多人用鬧鐘叫醒，但人們也可以在特定時間可靠地叫醒自己，而不需要鬧鐘。許多人在工作日和休息日的睡眠方式截然不同，這種模式可能導致慢性晝夜節律不同步。許多人經常在睡前看電視和其他螢幕，這可能會加劇晝夜節律週期的紊亂。關於睡眠的科學研究表明，覺醒時的睡眠階段是放大睡眠惰性的重要因素。
起床後警覺性的決定因素包括睡眠數量/品質、前一天的體力活動、富含碳水化合物的早餐以及對此的低血糖反應。
大腦結構 與睡眠有關
睡眠期間涉及不同的大腦結構。
下丘腦是大腦深處花生大小的結構，包含一組神經細胞，它們充當影響睡眠和覺醒的控制中心。下丘腦內有視交叉上核 (SCN)，它是由數千個細胞組成的簇，直接從眼睛接收有關光照的信息並控制您的行為節律。一些視交叉上核受損的人全天睡眠不穩定，因為他們無法使晝夜節律與明暗週期相匹配。大多數盲人仍保持一定的感知光的能力，並且能夠改變他們的睡眠/覺醒週期。
腦幹位於大腦底部，與下丘腦溝通以控制清醒和睡眠之間的轉換。腦幹包括稱為腦橋、延髓和中腦的結構。下視丘和腦幹內的促睡眠細胞會產生一種名為GABA的大腦化學物質，它的作用是減少下視丘和腦幹的喚醒中心的活動。腦幹，尤其是腦橋和延髓，在快速動眼睡眠中也扮演特殊角色；它發出信號來放鬆對身體姿勢和肢體運動至關重要的肌肉，這樣我們就不會把夢想變成現實。
丘腦充當從感官到大腦皮質的訊息中繼站——大腦皮質負責解釋和處理從短期記憶到長期記憶的資訊。在睡眠的大部分階段，丘腦會變得安靜，讓你忽略外在世界。但在快速動眼睡眠期間，丘腦很活躍，向皮質發送影像、聲音和其他充滿我們夢境的感覺。
松果體位於大腦的兩個半球內，接收來自視交叉上核的信號並增加褪黑激素的產生，褪黑激素有助於在燈光熄滅後讓您入睡。失明且無法利用自然光協調自然覺醒-睡眠週期的人可以透過每天同一時間服用少量褪黑激素來穩定他們的睡眠模式。科學家認為，隨著時間的推移，褪黑激素的峰值和谷值對於將身體的晝夜節律與外部光明和黑暗週期相匹配非常重要。
基底前腦靠近大腦的前部和底部，也促進睡眠和覺醒，而中腦的一部分則充當喚醒系統。基底前腦和其他區域的細胞釋放腺苷（細胞能量消耗的化學副產品），支持您的睡眠驅動力。咖啡因透過阻斷腺苷的作用來消除困倦。
杏仁核是一種參與處理情緒的杏仁狀結構，在快速動眼睡眠期間變得越來越活躍。
我希望現在人們對睡眠的生理有了更清楚的了解。如果沒有，我們願意與您探討您的其他問題。