El cerebro pasa por ciclos con cinco fases distintivas: fase 1, 2, 3, 4 y el sueño de movimientos oculares rápidos (REM por sus siglas en inglés). El sueño REM representa el 25% del ciclo de sueño y ocurre por primera vez entre 70 y 90 minutos después de dormirse. Dado que los ciclos de sueño se repiten, se entra al sueño REM varias veces durante la noche.
Durante el sueño REM, el cerebro y el organismo se energizan y es cuando se sueña. Se considera que el sueño REM participa en el proceso de almacenamiento de recuerdos y aprendizaje y también ayuda a equilibrar el estado de ánimo.
No se sabe la razón por la que se sueña durante el sueño REM. En tanto algunas de las señales enviadas a la corteza cerebral durante el sueño son importantes para el aprendizaje y la memoria, otras señales parecerían enviarse al azar. La corteza cerebral podría tratar de interpretar o de encontrarle un sentido a estas señales enviadas al azar y crear una "historia", lo que resulta en los sueños.
El sueño REM se inicia en respuesta a las señales enviadas desde y hacia diferentes regiones del cerebro. Las señales se envían a la corteza cerebral, que es la responsable del aprendizaje, el pensamiento y la organización de información.
También se envían señales a la médula espinal para detener los movimientos, lo que crea una incapacidad temporal de mover los músculos ("parálisis") de los brazos y las piernas. Una alteración anormal de esta parálisis temporal puede hacer que las personas se muevan mientras sueñan. Este tipo de movimiento al dormir puede provocar lesiones, por ejemplo cuando una persona se choca contra un mueble mientras sueña que atrapa una pelota.
El sueño REM estimula las regiones del cerebro que se utilizan para el aprendizaje. Los estudios han demostrado que cuando las personas son privadas del sueño REM, no logran recordar lo que se les enseñó antes de irse a dormir. La falta de sueño REM también se ha relacionado con enfermedades como las migrañas.
