Il sonno NREM è generato da una serie di fenomeni prodotti da strutture interconnesse. Attualmente il miglior candidato come circuito neuronale implicato nel processo di addormentamento è la proiezione GABAergica inibitoria dell'area preottica dell'ipotalamo anteriore all'area istaminergica attivante nella regione tubero-infundibolare dell'ipotalamo posteriore. Le proiezioni rostrali di quest'ultimo sono il talamo e la corteccia cerebrale. Quindi l'inibizione dei neuroni istaminergici dà luogo alla deafferentazione al talamo e alla corteccia. Le proiezioni dell'ipotalamo posteriore raggiungono anche il nucleo reticolare del tronco encefalico superiore e determinano l'eccitazione dei neuroni colinergici mesopontini; anche queste strutture perdono le loro afferenze attivatorie in seguito all'inibizione GABAergica sui neuroni ipotalamici posteriori.Il meccanismo alla base dell'addormentamento è la trasformazione di un cervello sensibile ai segnali esterni, ad un cervello "chiuso". L'estinzione dei messaggi dal mondo esterno all'insorgere del sonno è dovuta ai processi inibitori suddetti, che si riflette in una particolare attività EEG talamica e corticale. Il talamo è la prima stazione nella quale ha luogo una riduzione dei segnali afferenti, dimostrata da una ridotta risposta post-sinaptica dei nuclei talamici dorsali a stimoli applicati a fasci assonali pretalamici, durante l'addormentamento.La "porta" talamica depriva la corteccia cerebrale degli input necessari ad elaborare una risposta ed è responsabile del ridotto trasferimento di informazioni a livello corticale. Infatti il blocco talamico dei segnali afferenti è associato a una minore reattività corticale agli stimoli. Tuttavia si ipotizza che il ridotto trasferimento di informazioni attraverso i circuiti corticali non sia dovuto semplicemente ad un diminuito input dal talamo, ma dipenda anche da eventi corticali intrinseci. Questi processi costituiscono un passaggio necessario per l'approfondimento dello stadio del sonno [Chokroverty, 1999;Steriade, 1990;Steriade, 1969;Timofeev, 1996].