Der Nucleus suprachiasmaticus (SCN) ist ein Paar stecknadelkopfgroßer Strukturen des Hypothalamus, einem Teil des Gehirns, der sich über dem Sehnervenkreuz befindet, der Region, in der sich die Sehnerven kreuzen. Es steuert den circadianen Rhythmus, die rhythmische Wiederholung bestimmter Phänomene jeden Tag etwa zur gleichen Zeit. Auch als biologische Uhr bekannt, enthält sie etwa 20,000 Neuronen, die in einem etwa 24-Stunden-Zyklus neuronale und hormonelle Signale erzeugen, die die verschiedenen Funktionen des Körpers regulieren. Einige Signale, die von den Neuronen des suprachiasmatischen Kerns erzeugt werden, umfassen die Gamma-Aminobuttersäure, Vasopressin, vasoaktives intestinales Peptid und Somatostatin. Die verschiedenen Funktionen des Körpers, die mit den erzeugten Signalen synchronisiert werden, sind der Schlaf-Wach-Rhythmus, die Körpertemperatur, Veränderungen des Blutdrucks, die Urinproduktion und die Hormonsekretion.
Circadiane Rhythmen können vom Hell-Dunkel-Zyklus der Umgebung mitgerissen werden. Sobald Licht aus der Umgebung die Augen erreicht, wandeln spezialisierte lichtempfindliche Netzhautzellen, die als Photorezeptoren bekannt sind, das Licht in elektrische Signale um und leiten es dann an das Gehirn weiter. Diese Signale, die entlang des retinohypothalamischen Trakts wandern, erzeugen ein Mitreißen. Entrainment ist die Verschiebung der Phase der suprachiasmatischen Kernaktivität, so dass sie sich mit dem Hell-Dunkel-Zyklus der Umgebung derselben Frequenz synchronisiert. Während des subjektiven Tages wird das Entrainment durch zyklisches Adenosinmonophosphat und das Hypophysen-Adenylzyklase-aktivierende Peptid vermittelt, während es während der subjektiven Nacht durch zyklisches Guanosinmonophosphat und Acetylcholin vermittelt wird.
Abgesehen von den Lichtsignalen der Umgebung wird der suprachiasmatische Kern durch Melatonin beeinflusst. Melatonin ist ein Hormon, das von der Zirbeldrüse aus dem Neurotransmitter Serotonin synthetisiert wird. Es ist sowohl ein Wirkstoff als auch ein Regulator des suprachiasmatischen Kerns. Seine Synthese ist circadian, wobei es durch Licht gehemmt und durch Dunkelheit stimuliert wird. Wenn sein Spiegel während der Umgebungsdunkelheit ansteigt, sendet Melatonin Informationen an das Gehirn, dass die Nacht gekommen ist, und die Körperfunktionen werden entsprechend evoziert.
Es wurden mehrere Gene identifiziert, die den circadianen Rhythmus regulieren. Dies sind die Gene für zeitlose, periode, dclock und cycle. Sie kontrollieren die Proteinexpression, was zu einem komplexen intrazellulären negativen Feedback-System führt. Das negative Rückkopplungssystem erklärt die Periodizität des suprachiasmatischen Kerns.
Variationen im Rhythmus der neuronalen und hormonellen Signalübertragung treten saisonal auf. Es kann den Einfluss von Schwankungen in Länge, Gezeiten, Temperatur und Sonneneinstrahlung widerspiegeln. Beim Jetlag wird die biologische Uhr durch eine plötzliche künstliche Änderung der Uhrzeit von Reisen in eine andere Zeitzone gestört, was zu einer abrupten Verschiebung der neuronalen und hormonellen Signale führt. Oftmals dauert es mehrere Tage, um die Körperfunktion wieder auf einen normalen 24-Stunden-Zyklus zurückzusetzen.