В основе регуляции смены активного и неактивного состояния животного организма лежат нервные и гуморальные процессы.
Для многих позвоночных животных определяющее значение в возникновении ритмов поведения имеет свет. Прежде всего это относится к птицам. У подавляющего большинства пернатых (исключение составляют ночные виды) с приближением вечерних сумерек развивается сонливость, дремота и сон. Утром на рассвете они просыпаются и включаются в активные действия. Такой же биоритм активности характерен и для млекопитающих животных с монофазной природой сна. У животных с полифазной природой сна связь с фотопериодом менее выражена или вообще отсутствует.
Усилиями физиологов, морфологов, биохимиков и гистохимиков доказано, что нервные клетки ядер шва обладают ритмической нейросекрецией. Снижение интенсивности афферентного потока со стороны экстеро-, интеро — и проприорецепторного аппарата организма животных приводит к падению неспецифической электрической активности ретикулярной формации ствола мозга, стимулирует функциональную активность ядер шва и позволяет неспецифическим ядрам таламуса синхронизировать электрическую активность коры.
Стимуляция ядер шва, в свою очередь, запускает процесс синтеза серотонина из аминокислоты триптофана. Образующийся в ядрах шва серотонин по аксонам нейронов распространяется к нейронам ретикулярной формации, таламуса, гипоталамуса, лимбической системы и блокирует их активирующее влияние на кору больших полушарий. Отсюда следует справедливое утверждение о том, что серотонин — это не просто медиатор центральной нервной системы, а медиатор сна. Однако его участие в механизме формирования сонного состояния специфично.
В специальных экспериментах было обнаружено, что искусственная блокада процессов синтеза серотонина устраняет у животных лишь фазу медленного сна и не влияет на фазу быстрого сна. Таким образом, серотонин выступает как посредник медленного сна.
Нейросекреторной активностью обладает еще одна область ствола мозга — так называемое синее пятно покрышки. Здесь вырабатывается норадреналин — медиатор пробуждения. Он выступает в качестве антагониста серотонина. Активность синего пятна, кроме того, приводит к торможению функциональной активности ядер шва. Другими словами, синее пятно покрышки и ядра шва находятся в реципрокных отношениях.
Интересную гипотезу регуляции ритма сна и бодрствования предложили американские исследователи А. Хобсон и Р. Мак-Карли (1977). В соответствии с их представлениями, биоритмы сна задаются спонтанной электрической активностью гигантских нейронов моста, которые имеют синаптические связи со многими структурами головного мозга. Ритмическая электрическая активность гигантоклеточного ядра моста, адресованная синему пятну, служит триггерным механизмом пробуждения. Активность гигантских нейронов моста, направленная на ядра шва, приводит к интеграции тормозных процессов и развитию сна. В данной схеме остаются неясными причины активизации тех или иных гигантских нейронов.