Một con hổ đang ngủ tại vườn bách thú nước Australia

Chưa dừng lại ở đó, câu hỏi lại tiếp tục được đặt ra đó là quá trình ngủ đã biến chuyển và tiến hóa như thế nào trong giới động vật. Đặc biệt là về sự hình thành và phát triển ra sao, như thế nào đối với loài người; điều này là quan trọng và thực sự cần thiết bởi vì nó cung cấp các manh mối, bằng chứng giải thích cho các chức năng sinh lý, các cơ chế thần kinh tùy thuộc loài và trật tự ẩn đằng sau, hơn nữa còn có thể đưa ra sự thống nhất chung và phá vỡ mối nghi ngờ, các tranh cãi khoa học, và thiết lập lại những định nghĩa được cho là mơ hồ và không khách quan trước đó.

Tiến hóa giấc ngủ

Quá trình tiến hóa giấc ngủ chịu ảnh hưởng bởi nhiều nhân tố tiến hóa, bao gồm có kích thước cơ thể, tốc độ chuyển hóa tương đối, lối sống ăn thịt, khả năng định hướng con mồi, loại thức ăn mà chúng tiêu thụ, và chức năng miễn dịch.[37][38][39][40] Ngủ (cụ thể là giấc ngủ sóng chậm sâu và REM) có thể nói là một tập tính tế nhị ở động vật bởi vì nó làm tăng nguy cơ bị ăn thịt từ những loài động vật khác. Điều này có ý nghĩa rằng là, khi giấc ngủ tiến hóa lên các bậc cao hơn, thì cố nhiên các chức năng tự thể phải mở rộng thêm thuộc tính (chọn lọc) nhằm tạo điều kiện thuận lợi và trọng yếu cho khả năng sinh tồn trong trường hợp các mối nguy hại hiện hữu. Dựa trên hiện thực khách quan, các công trình nghiên cứu khoa học về hành vi ngủ trên nhiều loài sinh vật khác nhau đã cung cấp cái nhìn tổng quát toàn diện, giải thích rằng làm thế nào chúng nó có thể làm giảm đi mối nguy này bằng cách tự tiến hóa cơ chế sinh lý của riêng nó hoặc nương tựa vào môi trường sống xung quanh để bảo vệ bản thân mình. Vì vậy, việc nghiên cứu sự tiến hóa của giấc ngủ có thể đưa ra các chứng cứ vững chắc, đáng tin cậy, không chỉ là nói đến khuynh hướng phát triển đi lên và các cơ chế sinh học, mà còn nói lên rằng nó là một quá trình thích nghi với các biến cố đến từ môi trường, tăng cường khả năng sinh tồn đối với hầu như tất cả mọi muôn loài sinh vật tồn tại trên Trái Đất này.

Thách thức đặt ra trong nghiên cứu tiến hóa giấc ngủ đó chính là chỉ thấy bộ phận mà không thấy toàn thể. Các dữ kiện thông tin thu thập được mới chỉ giới hạn ở ngành động vật có xương sống, và ngành chân khớp.[9] Cùng với tập hợp dữ liệu hiện có, vận dụng phương pháp nghiên cứu so sánh sẽ giúp xác định quá trình ngủ đã tiến hóa như thế nào. Có một câu hỏi tiếp theo mà các nhà khoa học đang đau đầu và cố gắng tìm kiếm câu trả lời thông qua những đợt nghiên cứu như thế này, đó là liệu rằng giấc ngủ tiến hóa chỉ trong một lần, hay là phải trải qua nhiều lần với mức độ ngày càng hoàn thiện hơn. Để giải rõ điều này, họ nghiên cứu về những điểm tương đồng và khác biệt của các loại giấc ngủ trên nhiều lớp động vật khác nhau khi mà lịch sử tiến hóa của chúng hoàn toàn được biết đến rộng rãi.

Một loài Passer domesticus đang trong giấc ngủ sóng chậm một bên bán cầu đại não (USWS).

Con người sở hữu cả hai giấc ngủ sóng chậm và giấc ngủ REM, cả hai pha này mắt đều nhắm và các biến đổi điện não diễn ra trong phạm vi của cả hai bán cầu đại não. Phạm vi nghiên cứu cũng mở rộng ở nhiều loài động vật có vú khác. Một cuộc nghiên cứu đã cho thấy rằng loài thú lông nhím chỉ có giấc ngủ sóng chậm (non-REM). Điều này dường như muốn ám chỉ ra rằng là trong diễn biến cơ bản của tiến hóa sinh học, cơ chế REM bắt đầu xuất hiện chỉ sau khi phân lớp Theria được hình thành.[41] Nhưng rồi sau đó bùng nổ những cuộc tranh cãi giữa các nhà khoa học, có các chứng cứ phản biện lại lập luận trên tuyên bố rằng khả năng thú lông nhím nó đã kết hợp cả hai pha ngủ thành một trạng thái ngủ duy nhất.[42] Những cuộc nghiên cứu khác mô tả dạng ngủ khác thường đặc biệt ở phân bộ cá voi có răng (chẳng hạn như là cá heo và cá heo chuột). Đây là dạng giấc ngủ sóng chậm một bên bán cầu đại não (USWS). Tại bất kỳ thời điểm nào trong chế độ ngủ này, điện não đồ của một bên bán cầu não cho thấy các kiểu sóng ngủ đặc trưng, trong khi đó hoạt động điện ghi lại ở bên bán cầu còn lại biểu thị ra các dạng sóng nhanh tần số cao biên độ thấp tức là thuộc trạng thái tỉnh thức. Trong một số trường hợp, con mắt tương ứng của bên bán cầu não không "ngủ" đó mở ra. Như vậy cho phép các loài động vật giảm thiểu đi nguy cơ bị ăn thịt đồng thời là giúp chúng có thể ngủ trong khi đang bơi ở dưới nước, mặc dù là chúng cũng có thể ngủ và ngưng sự vận động hoàn toàn nếu chúng muốn.[43][44]

Người ta đã phát hiện ra sự tương quan về giấc ngủ giữa lớp thú và lớp chim, và cụ thể hơn là các loài chim cũng có giấc ngủ SWS và REM tương tự như ở động vật có vú, các quan sát có được bao gồm nhắm cả hai con mắt lại, và giảm trương lực cơ,...[45] Tuy nhiên, tỷ lệ giấc ngủ REM ở loài chim thì thấp hơn. Cũng vậy, một số loài chim chúng có thể ngủ với tình trạng mắt nhắm mắt mở nếu có sự nguy hiểm trong môi trường của nó đang tồn tại (bị ăn thịt chẳng hạn).[46][47] Chính vì điều đó nên cho phép chúng có khả năng thực hiện giấc ngủ trên không trung; bởi do giấc ngủ chiếm giữ vai trò vô cùng quan trọng và rằng bản năng sinh tồn thúc đẩy vận hành các cơ chế chuyên biệt giúp thực thi khả năng bay liên tục hàng tuần mà không biết mỏi mệt, lý luận này thật không có gì khó hiểu và kết quả đã quá rõ ràng. Thế nhưng, hiện tượng ngủ trên bầu trời vẫn chưa được quan sát các điện não đồ điển hình của nó, cho đến tận bây giờ chưa được chứng minh và kho dữ liệu vẫn trống không. Trong tương lai hẳn nhiên phải có thêm nhiều công trình nghiên cứu hơn nữa để có thể giải thích là liệu rằng loài chim có thực sự là ngủ trên trời hay không, hay là phải có một cơ chế sinh hóa đặc thù nào đó nhằm đảm bảo và duy trì tổng trạng thể lực trong quãng bay đường dài khi mà hành vi ngủ không được thực hiện.

Không như các loài chim, thì giấc ngủ của các loài bò sát có rất ít các đặc điểm nhất quán với loài người. Nhìn chung những gì quan sát thấy được đó là lớp bò sát không có giấc ngủ REM.[9]

Ở các loài động vật không có xương sống, giới nghiên cứu cũng gặt hái được những thành tựu quan trọng cũng như là các thông tin hữu ích đáng kể. Ví dụ như là loài rùi giấm (Drosophila) thường được dùng trong các cuộc thí nghiệm về di truyền[48] hay là loài ong mật.[49] Người ta đã khám phá ra được một vài cơ chế giấc ngủ ở những loài động vật như thế này, trong khi đó còn lại là những bí ẩn chưa được giải đáp như "người mù sờ voi." Đặc biệt những đặc trưng của một giấc ngủ là như thế nào đã được xác định và nghiên cứu kỹ càng chính xác, bao gồm có sự kém đáp ứng đối với các tín hiệu hướng cảm giác, bất động các râu, suy giảm đi đáp ứng vận động, các phản xạ...

Sự thật là cả hai dạng giấc ngủ đều được quan sát thấy ở động vật có vú và lớp chim, nhưng không tìm thấy các đặc điểm tương tự trên điện não đồ của lớp bò sát (có vẻ như thiên về điện não trung gian); điều này ngụ ý rằng là diễn biến tiến hóa ngủ độc lập ở cả hai loài trên.[50][51][52][53] Để chứng minh giả thuyết này thì có lẽ các nhà khoa học sẽ phải vất vả hơn nhiều nữa, xem coi liệu rằng có phải là EEG và giấc ngủ có ý nghĩa tương quan về chức năng sinh học với nhau, và những biến đổi thu nhận được có thực sự là tiến hóa, hay chỉ đơn thuần là sự phản ánh đặc tính và tập tính của từng loài sao cho phù hợp với sinh giới tự nhiên. Hơn cả nữa là các cuộc nghiên cứu như thế cố nhiên nếu chúng thành công mỹ mãn đến độ phá vỡ được nguyên lý tảng băng trôi, thì điều này sẽ càng mở rộng kiến giải, nắm bắt toàn vẹn, biết rõ và hiểu thấu vai trò của quá trình sinh lý quan trọng này đối với thuộc tính khả biến thần kinh dài hạn đặc biệt đối với các loài sinh vật chiếm giữ cơ cấu hoạt động thần kinh cấp cao cần thiết cho quá trình sinh tồn của chúng.

Theo Tsoukalas (2012), giấc ngủ REM là quá trình biến hóa sinh học để tiến hóa về mặt chức năng, của một cơ chế phòng thủ loài đó chính là phản xạ chết cứng (tonic immobility). Phản xạ này cũng được biết với cái tên là hiện tượng bị thôi miên hay giả chết, được coi là phương án cuối cùng trong các cơ chế bảo vệ chúng khỏi sự tấn công của các loài thú ăn thịt khác. Đặc điểm của trạng thái này là sự bất động toàn phần cơ thể giống như chết của loài sinh vật (lấy ví dụ so sánh trong trường hợp này và cũng điển hình nhất đó là "năng lực diễn sâu của loài thú có túi ôpôt"). Khi nghiên cứu về hiện tượng học và sinh lý học thần kinh về khả năng này, họ đã nhận ra rằng có những sự tương đồng đáng kể với giấc ngủ REM, sự thực tất yếu này đã phản bội lại mối quan hệ tiến hóa theo như dự đoán của các nhà khoa học, cũng như là đánh đổ đi các hệ thống lý luận vững chắc và niềm tin kiên cố xoay quanh nó. Cụ thể rõ ràng hơn là, cả hai trạng thái này đều có biểu hiện hoạt hóa hệ giao cảm, kiểm soát và điều chỉnh xung động nơron vùng thân não, tê liệt hóa các cơ làm cho giảm trương lực, và biến đổi điểm điều nhiệt ở vùng dưới đồi qua các cơ chế feedback thần kinh. Chính lý thuyết mới này đã thống nhất toàn vẹn nhiều phát hiện nghiên cứu trước đó lại thành một thể có cơ cấu tổ chức, phù hợp với tiến trình tiến hóa qua các loài trong sự sống.[54][55]

Ngủ qua các giai đoạn phát triển và sự lão hóa

Nghiên cứu mối quan hệ giữa giấc ngủ và sự phát triển cá thể, đó là về sự khác biệt nhau về tuổi của các loài sẽ ảnh hưởng như thế nào đến giấc ngủ, điển hình là trong giai đoạn phát triển và lão hóa. Trong số các loài động vật có vú thì loài sơ sinh có thời gian ngủ dài nhất.[56] Đối với trẻ em trung bình có 8 tiếng giấc ngủ REM và 8 tiếng ngủ NREM. Ngoài ra thì các giai đoạn của giấc ngủ cũng có sự dao động lớn trong vài tuần đầu phát triển ở trẻ sơ sinh, và có một số nghiên cứu đã cố gắng vạch ra mối tương quan giữa điều này với lại mức độ tự lập của trẻ sau này.[57] Trong vòng vài tháng kể từ thời điểm sau sinh, đáng chú ý là phần trăm giấc ngủ REM trong chu kỳ ngủ giảm xuống. Khoảng thời gian khi mà đứa trẻ đã trở thành người lớn, và theo quy ước trung bình giấc ngủ là 8 tiếng, thời gian giấc ngủ REM chỉ có trong một tiếng, và còn lại NREM chiếm tới 6–7 tiếng.[58][59] Điều này không chỉ đúng đối với loài người, mà còn ở nhiều loài động vật trong thời điểm vẫn lệ thuộc vào cha mẹ kiếm thức ăn cho chúng, đó là trong giai đoạn phát triển nhịp ngủ thay đổi hẳn, SWS sẽ tăng và giấc ngủ nghịch thường (PS) giảm.[60] Bằng sự quan sát các kết quả đo lường được, người ta nhận thấy rằng là trong những năm tháng đầu đời, thời lượng giấc ngủ REM rất cao so với các giai đoạn ngủ khác, khi mà khả năng phát triển là mạnh nhất, các nơron thần kinh vô cùng dồi dào và phong phú hơn hẳn với số lượng bậc nhất. Chính vì điều đó nên trẻ có thể học ngôn ngữ mới dễ dàng, phát triển và tăng cường những chức năng hoạt động thần kinh cấp cao, tư duy cụ thể và trừu tượng,... như vậy là đã đủ để tạo ra tiền đề quan trọng để các nhà khoa học họ thiết lập nên giả thuyết rằng giấc ngủ REM có thể tạo động lượng cho sự phân chia sợi nhánh và tăng sinh sợi trục, mở rộng đuôi gai và gắn kết các synap thần kinh, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển não bộ ngay từ giai đoạn rất sớm.[57] Tuy nhiên là học thuyết này vẫn còn nằm trong vòng tranh cãi khi có nhiều nghiên cứu mâu thuẫn lẫn nhau.

Hành vi ngủ trải qua những biến đổi mang tính quan trọng trong thời kỳ thanh thiếu niên. Điều này có thể liên quan đến tác động từ các yếu tố xã hội, hoặc là do hormone gây ra. Thay đổi quan trọng khác đó là số giờ ngủ bị giảm đi bắt đầu từ đây cho đến giai đoạn trưởng thành. Người ta cũng đang nghiên cứu sự thay đổi của quá trình điều hòa cân bằng nội (homeostatic regulation) trong thời kỳ này. Bên cạnh đó, việc thay đổi thói quen ảnh hưởng đến các chức năng nhận thức và sự tập trung hiện vẫn đang được nghiên cứu và làm rõ.[61][62] Ohayon và cộng sự đã tuyên bố rằng việc rút ngắn thời gian ngủ lại từ thời kỳ trẻ con đến tận lúc trưởng thành, thì dường như là gắn liền với các yếu tố môi trường hơn là phản ánh đặc tính sinh học tự nhiên một cách đơn điệu.[63]

Những thay đổi đáng kể trong mật độ chất xám giữa người ngủ đủ giấc (RW) và người thiếu ngủ (SD). Có hiệu chỉnh TFCE và p < 0.05. Trong đó những vùng não quan sát được đó là cực trán phải (FP, hình A), hồi trán trên phải (SFG, hình B), và hồi trán giữa phải (MFG, hình C). Khung màu vàng đánh dấu những vùng não quan trọng. Các chỉ số x, y, z ở dưới bức hình tương ứng tọa độ không gian MNI.[64]

Trong cơ cấu giấc ngủ ở độ tuổi trưởng thành, thời gian để đi vào giấc ngủ (sleep latency) và thời gian NREM giai đoạn 1 và 2 tăng lên cùng với tiến trình lão hóa, trong khi đó giấc ngủ REM và SWS dường như giảm.[63] Ngoài ra nữa là những sự thay đổi như vậy thường đi kèm với các bệnh lý làm tổn hại hoạt động nhận thức như teo não (brain atrophy), và vô vàn những rối loạn thoái hóa thần kinh phát sinh trong tuổi già.[63][65][66][67][68][69] Ví dụ cụ thể hơn, Backhaus và cộng sự của bà đã chỉ ra rằng có sự suy giảm trí nhớ quy nạp (declarative memory), đặc biệt là khả năng củng cố nhớ trong độ tuổi trung niên (như trong thí nghiệm của họ thì các đối tượng nghiên cứu từ 48 đến 55 tuổi). Điều này đã được chứng minh là do thời gian giấc ngủ SWS giảm đi, sự suy giảm này khởi phát ngay từ lúc 30 tuổi.[65] Và theo như công trình nghiên cứu của Mander và cộng sự, sự teo vỏ não trước trán phần trong (mPFC) và ăn mòn chất xám, là dấu hiệu dự báo cho thấy các giai đoạn của giấc ngủ NREM đã bị phá vỡ, và biến hoại chu kỳ ngủ - thức bình thường, như vậy là chức năng củng cố nhớ cho những thông tin quan trọng đã bị xâm phạm nghiêm trọng ở người lớn tuổi.[66] Rối loạn cân bằng giấc ngủ, chẳng hạn như là chứng ngủ rũ (ngủ quá nhiều vào ban ngày) và hiện tượng mất ngủ về đêm, là hậu quả bắt nguồn từ những căn bệnh thoái hóa thần kinh mãn tính như là bệnh Alzheimer (AD) và Parkinson (PD), gây sai hỏng chức năng sinh lý nơron và tiến triển theo hướng nặng dần, làm tổn hại đáng kể đến chất lượng sống của người bệnh.[67][69]

Chính vì thế như đã đề cập ở trên, nên vấn đề ngủ trong giai đoạn lão hóa được xem là quan trọng và cần phải nghiên cứu thêm. Nhìn chung những gì quan sát được một cách phổ quát đó là nhiều người lớn tuổi không thể đi vào giấc ngủ một cách dễ dàng, tiêu tốn một lượng thời gian lãng phí cho việc thức dù rằng họ muốn ngủ và nghỉ ngơi, tình trạng như vậy nếu cứ tiếp diễn không ngừng hẳn nhiên sẽ làm giảm đi hiệu quả giấc ngủ có thể gây nên những rối loạn nội môi, suy giảm hoạt động tư duy và trí nhớ,...[70] Nhịp sinh học cũng bị thay đổi.[71] Các cuộc nghiên cứu vẫn đang tiếp tục được khai hóa, mục đích nhằm làm sáng tỏ những nguyên nhân nào đứng đằng sau, những thay đổi vi mô trong một cấu trúc phức tạp nhất trong vũ trụ đi từ các cấp độ phân tử, tế bào, cho đến hệ thống, hành vi và nhận thức; góp phần tạo dựng thời kỳ hoàng kim cho khoa học thần kinh (vốn đã đạt được rất nhiều thành tựu trong 50 năm qua), đồng thời tạo ra những công cụ và kỹ thuật mới, các giải pháp hoàn thiện cho việc xây dựng chế độ ngủ thích hợp và có hiệu lực thực sự giúp người già có thể thực hiện hành vi ngủ một cách bình thường, và khôi phục lại các chức năng sinh lý của ngủ lại như trước.

Giấc ngủ của thai nhi và giai đoạn sơ sinh

Hình ảnh minh họa cho thấy một đứa trẻ đang ngủ.

Giấc ngủ đã sớm có sự phát triển khoảng từ tuần 26 đến tuần 28 thai kỳ.[72] Trong giai đoạn phát triển đó, đặc điểm của một giấc ngủ người lớn chưa thể nhận diện rõ ràng được. Từ tuần 30 trở đi, giấc ngủ thai nhi bắt đầu biệt hóa thành dạng tĩnh lặng và dạng hoạt động.[73] Đối với dạng ngủ tĩnh lặng, người ta quan sát có các đặc trưng là hiện hữu sóng delta và sóng gián đoạn (trace alternant). Trace alternant mang hình thái của các sóng chậm trộn lẫn với sóng nhanh, sau đó sẽ được thay thế bằng giai đoạn SWS. Như vậy, giấc ngủ tĩnh này được xem là dạng chưa hoàn chỉnh của giai đoạn nREM ở người lớn. Bên cạnh đó, dạng ngủ hoạt động thể hiện sự thay đổi về tần số thở và nhịp tim, cùng với các cử động mắt nhanh và chậm; vì thế dạng này chính là giấc ngủ REM ở người trưởng thành nhưng chưa "chín mùi."[74] Chuyển động mắt nhanh của trẻ trong bụng mẹ có thể quan sát được vào tuần thứ 30 của thai kỳ, và tăng biểu hiện liên tiếp đến tuần 40, sau đó giảm dần về tần suất.[75][76][77][78] Khi đã đến tuần thứ 47, các giai đoạn của một giấc ngủ có thể được biệt hóa phù hợp với tiêu chuẩn của một giấc ngủ bình thường. Trong đó, các sóng gián đoạn chuyển đổi dần thành các sóng chậm.[79][80]

Ở trẻ mới sinh ra, thời gian ngủ chiếm khoảng 16–18 giờ trong một ngày. Giấc ngủ có đặc tính khá là "phân mảnh," khi giai đoạn tĩnh lặng và hoạt động cạnh tranh nhau, và cứ luân phiên xuất hiện một cách nhanh chóng, dần về sau thường xuyên diễn ra sự chuyển dời từ trạng thái ngủ sang thức hơn.[81][82] Phần não trước càng phát triển, tương đương khả năng kiểm soát chu kỳ ngủ - thức ngày càng hoàn thiện;[83] ngay tại thời điểm 2 tháng tuổi, trẻ sơ sinh chỉ có thể ngủ trong vòng 4 tiếng. Khi trẻ gần tròn 1 tuổi, giấc ngủ tăng lên 7 tiếng.[84] Quá trình ngủ cũng bắt đầu có khuynh hướng được kích hoạt vào ban đêm hơn là ban ngày. Và trong những ngày cuối cùng của năm đầu đời, toàn bộ thời gian dành cho việc ngủ ở trẻ có thể đạt tới 14 tiếng.[85]

Các sóng EEG đặc trưng của giấc ngủ cũng bắt đầu xuất hiện khi trẻ 1 tuổi. Các thoi ngủ là các sóng đầu tiên quan sát được trong vòng 8 tuần sau sinh.[86][87][88] 6 tháng đầu của cuộc đời, mật độ sóng thoi (số lần sóng thoi trên mỗi phút giai đoạn nREM) tăng nhanh chóng, với biên độ tăng và thời gian của sóng giảm (Tanguay và cộng sự, 1975). Những thay đổi cơ cấu sóng này được cho là phản ánh sự phát triển của hệ thống sinh lý thần kinh, bao gồm có mạng lưới các sợi đồi-vỏ, trong đó có sự tăng sinh sợi nhánh và myelin hóa nơron.

Tiến trình phát triển mạnh mẽ của não bộ gắn liền với những biến đổi đặc biệt trên giấc ngủ REM. Khi trẻ mới được sinh ra, những đứa bé này có thể từ trạng thái thức tỉnh đi vào trạng thái REM một cách trực tiếp; tuy nhiên là sau vài tháng đầu đời, giấc ngủ sóng chậm chiếm ưu thế trong giai đoạn đầu, trong khi đó giấc ngủ động (REM) chủ yếu ở giai đoạn sau của giấc ngủ. Sự phân bổ này phù hợp với loại giấc ngủ của người lớn. Tỷ lệ giai đoạn REM cũng không cố định, đối với trẻ sơ sinh thì tỷ lệ này chiếm 50% (Anders và Keener 1985) và giảm dần trong suốt quãng đời còn lại.[89]

Tỷ lệ cực lớn của giấc ngủ REM trong giai đoạn phát triển sớm đã nói lên vai trò quan trọng của nó trong quá trình trưởng thành hóa não bộ.[90] Roffwarg và cộng sự đã đề xướng rằng giấc ngủ REM là không thể thiếu cho sự sinh trưởng hệ thần kinh trung ương (CNS). Họ phát biểu rằng bởi vì hệ thần kinh bị giới hạn trong việc tiếp nhận các kích thích ngoại sinh khi đứa trẻ còn nằm trong bụng mẹ, cũng như là dành ít thời gian cho việc thức. Giấc ngủ REM là thực sự thiết yếu nhằm bù đắp các kích thích nội sinh để thúc đẩy sự phát triển. Nhiều nghiên cứu đã "chống đỡ" cho giả thuyết này (Mirmiran và cộng sự 2003).[91] Chẳng hạn như là, khi dùng thuốc hay các công cụ để ức chế giấc ngủ REM trong vài tuần đầu sau sinh, kết quả thu được đó là có sự giảm sút một cách đáng kể khối lượng mô thần kinh tại vỏ não và hành não của con chuột con.[92] Tuy nhiên rằng, với sự bổ túc của các nghiên cứu sau này, giả thuyết về sự phát triển cá thể đã được điều chỉnh lại cho phù hợp, để chứng minh giấc ngủ REM mang nhiều cơ chế quan trọng chứ không chỉ đơn giản là "bắt chước" trạng thái thức. Ức chế REM ở loài mèo con bị khuyết tật mắt một bên (monocular deprivation) sẽ gây ra tác động hủy hoại mang tính hệ thống, dù rằng là giấc ngủ này có sự tương đồng giống với lúc thức tỉnh.[93] Hơn nữa, nhiều công trình nghiên cứu gần đây đã chứng minh rằng sự xuất hiện sớm của giai đoạn REM mục đích hạ thấp xác suất khởi động chu trình tự hủy tế bào (apoptosis) trong giai đoạn phát triển của não.[94] Vì vậy, khi mà tiến trình "đâm chồi nảy lộc" của hệ thống thần kinh trung ương được dự đoán là sẽ bị ngừng trệ theo tuổi tác,[95] điều này đã đặt ra sự cần thiết cho giấc ngủ này.

Song song với sự suy giảm hoạt động REM chính là tăng cường SWA (slow wave activity, tức giấc ngủ sóng chậm). Thông qua đó, phản ánh sự tăng hoạt hóa các quá trình tổng hợp synap gắn liền với giai đoạn phát triển.[96][97][98] Chưa dừng lại ở đó, SWA được biết là gắn liền với khả năng học và củng cố ký ức trong suốt cả cuộc đời, đưa ra mối quan hệ với quá trình biến hóa synap và nặn hình cơ cấu thần kinh (synaptic plasticity).[99] Điều quan trọng cần phải lưu ý rằng là hoạt động sóng theta (6.5–9 Hz), chứ không phải các dạng sóng chậm khác,[100] thể hiện áp lực giấc ngủ (sleep pressure) đối với trẻ nhỏ. Trong một nghiên cứu dọc (longitudinal study) về điện não đồ của trẻ về đêm, Jenni và cộng sự đã chứng minh hoạt động theta giảm đi khi giai đoạn sóng chậm nREM diễn ra không có sự gián đoạn. Tại thời điểm 9 tháng tuổi, sự suy giảm này như phân rã theo cấp số mũ, khiến cho giấc ngủ càng có tính chất liên tục và theo chu kỳ. Vì thế tăng hoạt động sóng này có thể phản ánh sự phân tán đi khuynh hướng ổn định của một giấc ngủ bình thường.[101]

Một cách tổng quát, những thay đổi quan trọng về cơ cấu giấc ngủ trong thời kỳ thơ ấu tương ứng với quá trình phát triển mãnh liệt của hệ CNS. Chính những biến chuyển linh động của SWA, các thoi ngủ, và giấc ngủ REM đã gắn liền với các thuộc tính sinh học như khả biến thần kinh, tăng cường dẫn truyền qua synap hiệu quả, và sản sinh ra nhiều synap hóa học. Với những điều kiện vô cùng ăn khớp và thích hợp như vậy, có thể nói rằng giấc ngủ mang vai trò cốt yếu trong việc củng cố ký ức (sleep-dependent memory consolidation, SDC) cho trẻ nhỏ.