שינה
תפקידי השינה

פעולת השינה הצליחה להישמר לאורך האבולוציה משום שהיא חשובה להתפתחות ולתפקוד. תפקידיה של השינה אינם ברורים במלואם, וגם לא ברור מדוע ישנם בני אדם המסוגלים לישון מעט (ידועים כאלו המסוגלים להסתפק בשינה שבין חמש לשש שעות בלילה). בעבר סברו ששינה נובעת מהצטברותם של רעלנים בעלי השפעה מרדימה, אך תאוריה זו ננטשה. אריסטו סבר שהשינה נגרמת מצינון אדי הלב בידי המוח שלפי השיטה האריסטוטלית היה איבר קירור. החל משנות ה-80 של המאה ה-20 הועלו כמה תאוריות חדשות בעזרת מחקרים מתחומים שונים של מדעי המוח:
השינה מסייעת בהפרשת חומרים חיוניים. ייתכן שהיא קשורה להגדלת מספר החלבונים, וידוע שהורמון הגדילה מופרש במהלך מצבי שינה עמוקים. כמו כן ידוע גם שקורטיזול מופרש בעיקר בשלבי השינה האחרונים וזו ככל הנראה בין הסיבות לכך שהעדר שינה פוגע במיוחד במערכת החיסונית. בעלי חיים שנמנעת מהם שינה מתים בתוך פחות משלושה שבועות. ישנה אף מחלה תורשתית נדירה בבני אדם, שאינה מאפשרת להם לישון, ובסופו של דבר, אחרי כמה חודשים, גורמת למותם.
איפוס ספי הגירוי - חלק מהמתווכים העצביים הקשורים בחשיבה ערנית יורדים בריכוזם בזמן שינה, כך שסף הגירוי של נוירונים במוח יכול להתאפס מחדש לרמה הרגילה. סבורים שזהו המקור לעצבנות המאפיינת חוסר שינה ולרמות הערנות ובהירות החשיבה שהמאפיינת אנשים שניעורו זה עתה.
חידוש מתווכים עצביים - בזמן השינה, רדיקלים חופשיים המצטברים במוח מנוקים על ידי אנזימים מתאימים, ואף האנזימים עצמם שנפגעו במהלך הערנות מתחדשים. נמצא שחסך שינה קיצוני יכול לגרום למוות, והועלתה הסברה שהצטברות נזק תאי זה היא הסיבה. כמו כן ובהתאם לתאוריה זו נמצא שבעלי חיים קטנים ובעלי קצב חילוף חומרים גבוה זקוקים ליותר שינה מעמיתיהם הגדולים (מכרסמי כיס ישנים כ-18 שעות ביום, לעומת תנינים שישנים כ-2–6 שעות).
השינה מונעת היחשפות לטורפים - זהו רעיון שמקומו בפסיכולוגיה האבולוציונית, ולפיו השינה מאפשרת לבעל החיים להימנע מתנועה במשך זמן ממושך, ובכך להפחית את סיכוייו להיטרף.
שינה עוזרת ללמידה - ישנה הנחה רווחת לפיה יש קשר כלשהו בין שנת REM לבין לימוד. סריקות מוח שנערכו לבעלי חיים בשנתם חיזקו סברה זו[דרוש מקור]. שנת REM מתארכת בימים שאחרי לימוד אינטנסיבי וחסך בה צפוי לגרום לקשיים בזיכרון. מחקרים פסיכולוגיים שנערכו על חולדות מצאו כי כשלימדו חולדות לעבור מבוך, ואז מנעו מהם את שנת ה-REM, הן הראו ביצועים גרועים יותר בהשוואה לחולדות שישנו שנת לילה סדירה[דרוש מקור]. כשנחקר נושא זה בבני אדם נמצאו תוצאות דומות. אנשים שלא יכלו לישון שנת REM הראו יכולות גרועות יותר במטלה שנלמדה יום קודם לכן[דרוש מקור]. ידוע, אף על פי כן, על אנשים ששמרו על יכולותיהם הקוגניטיביות גם בהיעדר שינה מסוג זה[דרוש מקור]. שיטה מעניינת להקניית ידע היא השמעת קלטת אודיו שבה מדוקלם חומר הלימוד באוזניו של אדם ישן. כפי שהוכיחו ניסויים רבים, שיטה זו אינה עובדת[דרוש מקור]. עם זאת, ישנן טענות שלפיהן חומר שישונן קודם לשינה ייזכר טוב יותר.
שינה כפועל יוצא של מערכות נוירוניות - נמצא ששנת החלומות היא פועל יוצא של סידור עצמי של רשתות נוירוניות, בזמן הסידור מחדש של הקשרים הסינפטיים ניתוק מהמציאות הוא חיוני לשרידה. "חלימה" מסוג זה נמצאה יעילה בסידור מערכות בינה מלאכותית המבוססות על רשתות נוירונים[דרושה הבהרה].
שינה שומרת אנרגיה - במהלך שלבי השינה העמוקים (אך לא במהלך שנת REM) הגוף צורך הרבה פחות אנרגיה. בשל כך, חיות קטנות, שהפעילות המטבולית בגופן גבוהה במיוחד, זקוקות לשינה רבה יותר מזו שזקוק לה האדם.
הפעילות הספונטנית בקליפת המוח במהלך שינה מחלישה את הקשרים הסינפטיים במעגלים עצביים. הוכחות מעידות שהשינה מחלישה קשרים בין תאי עצב. זהו ממצא מפתיע משום שחיזוק קשרים אלו במהלך ערות תומך בלמידה ובזיכרון. אבל בהחלשת סינפסות, שינה עשויה לשמור על תאי המוח מפני רוויה בשל חוויות יום-יומיות ומפני צריכה עודפת של אנרגיה.