تصور کنید می‌خواهید برای یک موجود بیگانه توضیح دهید که چرا ما می‌خوابیم. حتماً به او خواهید گفت: بله، ما خسته می‌شویم و مغز ما نیاز به استراحت دارد. او شاید درمورد دفاع از خود در هنگام خواب سؤال کند: خب، نه بدن ما فلج شده و ما هشیاری خود را از دست می‌دهیم. بیگانه مکث می‌کند و سرش را تکان می‌دهد، انگار که فهمیده است.
اما ما گاهی خواب هم می‌بینیم!
خواب؟!
و کورکورانه بدون اطلاع از اینکه این چه موضوع خنده‌داری است، با سرعت ادامه می‌دهید که: بله! خواب‌ها داستان‌هایی خیالی هستند که از ذهن به ذهن وارد شده و گاهی با چیزهایی که واقعا اتفاق افتاده‌اند، ترکیب می‌شوند.
و آیا این کمکی به بقای شما می‌کند؟ خب نه... و ناگهان متوجه می‌شوید گاهی اوقات محتویات خواب حتی در بیداری موجب گیجی ما می‌شوند. بیگانه برای چندلحظه سکوت می‌کند و می‌گوید: اجازه بده ببینم فهمیدم؛ شما یک‌سوم زندگی خود را به‌صورت بی‌حرکت درحال تماشای فیلم‌های خیالی هستید؟ منطقی است که فکر کنیم انسان در این گفتگو محکوم شده است و بیگانه سعی خواهد کرد در این دوران بی‌تحرکی به‌صورت پنهانی به ما حمله کند!
اما خواب چیز بیهوده‌ای نیست. در تئوری‌های مرتبط با خواب، به نقش آن در بازیابی انرژی سلول‌های بدن، حذف مواد زائد از مغز و پشتیبانی از فرایندهای یادگیری و حافظه اشاره شده است. خواب حتی می‌تواند موجب تنظیم خلق‌و‌خو، اشتها و میل جنسی شود؛ ولی دقیقاً چه چیزی در سر ما اتفاق می‌افتد، وقتی که ما آن را روی بالش می‌گذاریم؟
اندیشه‌هایی درمورد علت خوابیدن، از زمان آغاز تاریخ ثبت شده وجود داشته است. درحدود دو هزار سال پیش، لوسیفوس، نخستین دانشمند اتم‌شناس، خواب را حاصل جدا شدن اتم‌ها در بدن دانست. لوکریتوس، یکی دیگر از مشاهیر باستان تصور می‌کرد خواب در اثر حمله‌ی ذرات اسرارآمیز موجود در هوا به روح و تضعیف روح حاصل می‌شود. ارسطو خواب و بیداری را به‌عنوان پدیده‌هایی متضاد، براساس حضور یا عدم آگاهی تعریف می‌کرد. ارسطو گفته بود: خواب تحت‌تأثیر غذاهای هضم شده‌ای به‌وجود می‌آید که موجب غلیظ شدن و گرم شدن خونی می‌شوند که قبل از برگشتن به قلب در مغز خنک می‌شود. خب، حداقل او به بخش مغزی درست اشاره کرده بود. درواقع داده‌های الکتروانسفالوگرافی (EEG) با اندازه‌گیری امواج مغزی، خواب را به دو مرحله تقسیم می‌کنند: خواب NREM (که خود به چهار مرحله‌ی S1،S2 ،S3 و S4 تقسیم می‌شود) و خواب REM که در فواصل نود دقیقه‌ای و بارها طی شب تکرار می‌شود. هنگامی که حالت خواب‌آلودگی به فرد دست می‌دهد؛ ولی هنوز بیدار است، امواج مغز آهسته‌تر می‌شوند و دامنه‌ی این امواج افزایش می‌یابد و هم‌زمان‌تر می‌شوند (امواج آلفا).
نخستین مرحله‌ی رسمی خواب، به‌عنوان یک انتقال بین بیداری و خواب عمل می‌کند و با امواج تتا مشخص می‌شود که تعداد آن‌ها کمتر بوده و دامنه‌ی آن‌ها نسبت‌به امواج آلفا بیشتر است. بسیاری از افرادی که دچار محرومیت از خواب هستند، خواب‌های کوتاهی را تجربه می‌کنند (مثلا در هنگام رانندگی) که خواب‌های موقتی ثانیه‌ای هستند که در آن‌ها امواج تتا جایگزین امواج آلفا می‌شود. بیشتر این افراد حتی از خواب خود، آگاه نیستند.
در مرحله‌ی دوم خواب، امواج تتا ادامه پیدا می‌کنند و با نوسانات بین تالاموس (منطقه‌ای در مغز که تنظیم‌کننده‌ی خواب است) و بقیه‌ی قشر مغز درمی‌آمیزند. مراحل اول و دوم مراحل نسبتاً سبک خواب هستند که در آن‌ها بیدار شدن از خواب به‌سادگی صورت می‌گیرد و فردی که خوابیده احتمالاً حتی تشخیص ندهد که او اصلا خواب بوده است.
در مراحل سوم و چهارم خواب که توسط امواج دلتا تعریف می‌شوند، آرام‌ترین و بزرگ‌ترین دامنه‌ی امواج مغزی اتفاق می‌افتد. از آن‌جایی که خواب دلتا عمیق‌ترین خواب است، این مرحله از نظر بیدار شدن فرد خوابیده، مشکل‌ترین مرحله به‌حساب می‌آید و وقتی فرد از خواب بیدار شود، معمولاً خواب‌آلوده و گیج خواهد بود.
جالب توجه است که خواب دلتا، همان زمانی است که بروز خوابگردی و صحبت کردن حین خواب در آن احتمال بیشتری دارد. در طول خواب NREM، مانند حالتی که مغز بیدار است، اطلاعات حسی همچنان به مغز منتقل و رمزگذاری می‌شوند. با پیشرفت خواب، از واکنش‌پذیری و آگاهی کاسته می‌شود. فعالیت ادراکی به‌صورت خودمختار درمی‌آید. تمرکز مغز به سمت داخل جلب شده و توسط ورودی‌های محیط بیرونی کمتر محدود می‌شود.
این الگو در تجزیه‌و‌تحلیل‌های مرتبط با بررسی شبکه‌های وضعیت استراحت مغز دیده شده است. داده‌ها نشان می‌دهند که در وضعیت استراحت مغز دو شبکه‌ی حالت پیش‌فرض و شبکه‌ی محرک حسی همچنان مانند حالت بیداری فعال باقی می‌مانند. شبکه‌ی حالت پیش‌فرض در هنگام افکار و رویاهای خودآگاهانه فعال است درحالی‌که شبکه‌ی حسی، هنگام درک محرک فعال می‌شود. در این وضعیت، اتصال به شبکه‌ی اجرایی مرکزی، شبکه‌ای که در جریان پردازش‌های رده بالاتری نظیر مهار فعال است، کاهش پیدا می‌کند (شکل یک) و این امکان را به فرد می‌دهد که بتواند درمورد موضوعات غیرممکن و عجیب‌غریب تفکر و خیال‌پردازی کند.
شکل یک: شبکه‌های وضعیت استراحت (RSNs) دخیل در خواب
درنهایت خوابی که فروید درمورد آن بیش از همه هیجان‌زده بود: REM. در این مرحله حرکات سریع چشم اتفاق می‌افتد. این مرحله همچنین با کاهش ناگهانی و چشم‌گیر خاصیت ارتجاعی ماهیچه‌ها نیز همراه است. اما مهم‌تر اینکه، این مرحله از لحاظ عصب‌شناسی شبیه بیداری است و تغییرات در فشار خون، سرعت ضربان قلب و نرخ کلی تنفس در آن دیده می‌شود و البته خواب‌هایی که می‌بینیم نیز در این مرحله اتفاق می‌افتد. افلاطون نخستین کسی بود که از دید روانشناسی به خواب‌ها نگریست:
در تمام ما، حتی آن‌هایی که بسیار محترم هستند، یک طبیعت وحشی و بی‌قانونی نهفته است که در خواب خودش را نشان می‌دهد.
خواب‌ها (رویاها) توهم نیستند. درحالی‌که آن‌ها دارای برخی ویژگی‌های مشترک با اختلالات بالینی نظیر اسکیزوفرنی هستند، توهم‌ها توسط فعالیت کل مغز تعریف می‌شوند. آن‌ها فیلم‌های صادقانه‌ای هستند که روی واقعیتی که فرد آن را به‌خوبی به یاد می‌آورد، طرح‌ریزی شده‌اند. درعوض، خواب‌ها به‌وسیله‌ی فعال شدن قشرهای حسی اولیه و ثانویه و اختلال در عملکرد قشر پیشانی، دروازه‌بان عملکردهای رده بالاتری نظیر مهار، تعریف می‌شوند. اگر محتوای هیجانی خواب بالا رود، سیستم لیمبیک نیز در آن درگیر می‌شود.
فقدان عملکرد پیشانی موجب باز شدن دریچه‌هایی درجهت کاهش خودآگاهی و ورود رویاهای عجیب‌و‌غریب می‌شود و درهمان حال روی ورود اطلاعات نیز محدودیتی اعمال می‌شود و یک حلقه‌ی رویای درونی ایجاد می‌شود. هراکلیتوس در این‌باره چنین گفته است:
برای آن‌هایی که بیدار هستند، فقط یک دنیای مشترک وجود دارد؛ اما هنگام خواب هر فرد در دنیای شخصی خودش وارد می‌شود.
یک یادداشت درمورد رویای شفاف (آگاه بودن از اینکه در حال خواب دیدن هستید): مطالعات معدودی شواهدی را در زمینه‌ی افزایش فعالیت قشر پیش‌پیشانی طی رویای شفاف در مقایسه با خواب REM طبیعی پیدا کرده‌اند. غیرفعال‌شدن این منطقه، مسئول رفتارهای اجتماعی نامناسب و ناتوانی در پاسخ‌دهی منطقی است که گاهی در جریان خواب دیدن اتفاق می‌افتد.
اگر شما خواب‌های خود را به خاطر نمی‌آورید، می‌توانید آن‌ها را به گوگل بسپارید. جدی! شبکه‌ی عصبی مصنوعی گوگل مانند یک مغز کامپیوتری است که با الهام‌گرفتن از سیستم عصبی حیوانات ایجاد شده، زمانی که با استفاده از نویزهای مبهم تصویری زیبا و پیچیده ارائه می‌دهد و مهندسان گوگل آن را رویاهای هوش مصنوعی می‌نامند. زمانی که مهندسان، شبکه را با یک عکس تغذیه می‌کنند، لایه‌ی اول نورون‌ها نگاهی به آن عکس می‌اندازد. این لایه سپس با لایه‌ی بعدی صحبت می‌کند و عکس را مورد پردازش قرار می‌دهد. این فرایند ۱۰ تا ۳۰ بار تکرار می‌شود و هر لایه ویژگی‌های کلیدی را شناسایی کرده و آن‌ها را جدا می‌کند تا زمانی که معلوم شود آن عکس چیست. شبکه‌ی عصبی سپس می‌گوید که آن شیء چه می‌تواند باشد. این همان فرایند پشت‌صحنه‌ی شناسایی تصاویر است. پژوهشگران از رویاهای شبکه‌ی عصبی برای درک این موضوع که چگونه یک کامپیوتر می‌تواند از مسائل بی‌مفهوم آموزش ببیند، استفاده می‌کنند.
حال به پاسخ سؤالمان نزدیک شدیم: چرا ما می‌خوابیم؟ آسان‌ترین پاسخ این است که ما هنوز علت آن را دقیقاً نمی‌دانیم؛ اما در این مورد تئوری‌های فراوانی وجود دارد.
یک تئوری درمورد خواب نقش مهم احتمالی آن در رابطه با نشستن خاطرات در ذهن است. پژوهش‌ها نشان می‌دهد که خواب REM، موجب تقویت مدارهای عصبی ضعیف شده‌ای می‌شود که خاطرات گذشته را نگه‌داری می‌کنند و آن‌ها را برای پردازش‌های شناختی آینده آماده می‌کند. همچنین این خواب، موجب فیلتر شدن خاطرات غیرضروری نیز می‌شود. یک مطالعه که در سال ۲۰۱۴ انجام شده، نشان‌دهنده‌ی فرایندهای تعریف، تثبیت، ادغام خاطرات و تمایز آن‌ها از مسائل بی‌اهمیت ازطریق مدارهای سیناپسی است. طبق این فرضیه که با عنوان فرضیه‌ی هموستازی سیناپسی شناخته می‌شود، درهنگام خواب ارتباطات سیناپسی در سرتاسر مغز تضعیف می‌شود. با حذف اتصالات اضافی، خواب به‌طور موثری یک تمیزکاری انجام می‌دهد؛ بنابراین ما می‌توانیم روز بعد دوباره یاد بگیریم. در برخی از موارد، دستکاری این فرایند می‌تواند منجر به ایجاد خاطرات قوی‌تر و شاید ناخواسته شود.
تئوری دیگر این است که خواب دارای حالت ترمیم‌کنندگی است و سموم را دفع می‌کند. در طول خواب، فضای بین سلول‌های مغز افزایش می‌یابد و باعث می‌شود پروتئین‌های سمی از آن خارج شوند. حتی ممکن است که خواب به‌وسیله‌ی حذف این سموم از مغز، موجب به تأخیر افتادن بیماری‌های نورودژنراتیوی مانند آلزایمر شود.
مطلبی که سال ۲۰۱۳ در مجله‌ی Science منتشر شد، نتایج مطالعه‌ای را گزارش می‌داد که براساس آن، مغز از خواب برای سم‌زدایی استفاده می‌کند. پژوهشگران می‌گویند این سیستم حذف مواد زائد یکی از مهم‌ترین دلایل خوابیدن ما است.
در حالیکه ما هنوز یک تعریف جامع و دقیق از عملکرد خواب نداریم، این پدیده در فرایندهای فیزیولوژیکی و روانشناختی متعددی نظیر پاک کردن سموم مغز و تشکیل خاطرات می‌تواند نقش داشته باشد و از هرکدام از این تئوری‌ها می‌توان برای توضیح علت خواب استفاده کرد.