Les neurotransmetteurs et le sommeil sont interdépendants en ce sens que les neurotransmetteurs sont responsables de la majorité de la modulation de l’activité cérébrale ; le cycle du sommeil dans un phénomène biologique qui s’est avéré profondément affecté par la modulation des neurotransmetteurs. La libération de certains neurotransmetteurs et la fonction du cycle du sommeil forment un continuum pour lequel toutes les étapes du sommeil, comme l’étape où une personne devient pour la première fois insensible aux stimuli et l’étape au cours de laquelle les rêves sont vécus, peuvent avoir lieu pendant un temps ou une phase vaguement prédéterminé de activité cérébrale. Certains neurotransmetteurs, comme l’acide gamma-aminobutyrique (GABA), sont classiquement considérés comme facilitant le sommeil, tandis que d’autres, comme la noradrénaline (NE), ont la capacité de faciliter l’éveil. Certains transmetteurs, comme l’acétylcholine (Ach), jouent un rôle important au cours des deux phases de la conscience. Des recherches de pointe sur le sommeil suggèrent que d’autres neurotransmetteurs peuvent remplir des fonctions auparavant inconnues et différentes, comme celle d’Ach, tout au long du continuum de l’expérience de la phase de sommeil.
Les neurotransmetteurs excitateurs comme la NE, la sérotonine (5-HT) et l’histamine sont libérés de leurs neurones respectifs pendant l’éveil. Ces neurotransmetteurs sont libérés de nombreuses zones du cerveau comme le locus ceruleus et l’hypothalamus postérieur et antérieur. Le rôle des neurotransmetteurs et de l’initiation du sommeil commence lorsque la suppression du GABA et d’un autre neurotransmetteur inhibiteur, la galanine, tous deux libérés du noyau préoptique latéral ventral (VLPO), est révoqué. C’est à ce stade que la modulation de l’activité cérébrale s’oriente vers la relaxation et la perte de concentration au lieu de la cognition et de la concentration. Ce changement de rythme initie d’autres substances chimiques favorisant le sommeil, telles que la mélatonine, à être libérées de la glande pinéale et l’adénosine, sous-produit métabolique induisant le sommeil, à commencer à s’accumuler dans le cerveau antérieur.
Ces neurotransmetteurs inhibiteurs et signaux du sommeil du VLPO sous la forme de divers messagers chimiques et hormonaux s’accumulent et commencent à se fixer facilement sur tous les sites récepteurs ouverts, entamant la cascade biologique qui conduit au repos cognitif et corporel. L’adénosine semble jouer un rôle majeur quant au moment où le cerveau « passe » réellement d’un état à un autre. Comme cela a été mentionné, le produit chimique est un sous-produit naturel de l’action métabolique et est produit pendant l’état de veille lorsque vous bougez, parlez et mangez. Le corps se fatigue parce qu’au fur et à mesure qu’il effectue des mouvements d’éveil, l’adénosine s’accumule et commence à l’emporter sur les désirs éveillés avec ses propriétés induisant le sommeil. Les personnes qui « s’endorment » accidentellement ou qui ne peuvent pas rester éveillées ont souvent une surabondance d’accumulation d’adénosine.
Une fois que la personne s’est complètement détendue, les neurotransmetteurs et les signaux du sommeil continuent d’endormir l’activité cérébrale. Le GABA, la galanine et d’autres produits chimiques relaxants sont continuellement produits pour maintenir le corps et le cerveau endormis. Pendant ce temps, d’autres déchets accumulés pendant le cycle de réveil peuvent être transportés et retirés du cerveau, favorisant une sensation de rafraîchissement et de bien-être au réveil. Le mouvement oculaire rapide, ou REM, le stade du sommeil au cours duquel une personne rêve, est facilité par la libération de petites quantités de neurotransmetteurs excitateurs. La montée de ces neurotransmetteurs et la diminution du signal du sommeil réveillent finalement la personne et le cycle recommence.