Холинергическая система педункулопонтийного ядра (РРТ), латеродорсального тегментума (LTD) и базальной части переднего мозга (BF) дугообразно направляет свои волокна к каждой структуре головного мозга. Выбирает нейромедиатор – ацетилхолин. Система активно работает во период бодрствования и в фазе быстрого сна. Ее активность заметно снижена во время медленного сна.
Супрахиазматическое ядро (SCN, «биологические часы») играет роль распределителя сна в суточном цикле. При разрушении этой структуры у лабораторных животных можно наблюдать периоды их сна в разное время суток, вместо характерного длительного периода в течение дня. Задний латеральный гипоталамус с нейромедиатором орексином (гипокретином), обнаруженным учеными в конце 20 века, выполняет свою основную функцию, а именно, поддерживает состояние бодрствования. Туберо-маммилярное ядро (TMN) является частью гипоталамуса с нейромедиатором гистамином. Наиболее активен в период бодрствования, относительно пассивен во время медленного сна и «не работает» в фазе быстрого сна.
Структуры, отвечающие за осуществление фазы медленного сна.
Серотонинергические нейроны ядер шва выполняют ряд важных функций в процессе засыпания. В случае повреждения этой системы или наступлении фармакологической блокады серотонина возникает полная или частичная бессонница. ГАМК-ергическая система VLPO является основной тормозной системой, которая удерживает центры бодрствования в «нерабочем» состоянии. VLPO-это вентролатеральное преоптическое ядро, ограниченный участок нейронов в переднем ядре гипоталамуса, расположенный над перекрёстом зрительных нервов в головном мозге человека и животных. Один из центров сна головного мозга. Вместе с восходящей активизирующей ретикулярной системой и системой орексиновых аксонов латерального гипоталамуса образует связанную систему нейронов, контролирующих состояния бодрствования, сна, а также переходы между двумя этими состояниями. Вентролатеральное преоптическое ядро активизируется в процессе сна, и выделяет тормозные нейромедиаторы, в основном ГАМК и галанин, которые ингибируют нейроны восходящей активизирующей ретикулярной формации, отвечающие за поддержание бодрствования. Тормозный центр Моруцци расположен в средней части варолиева моста. Способствует состоянию сна при электрическом раздражении. Его дисфункция, осуществленная хирургическим путем (перерезка), у лабораторных животных вызывает уменьшение времени сна на треть. Неспецифические ядра таламуса, «открывают» путь для сенсорной информации, поступающей в кору в период бодрствования, и «закрывают» его во время сна.