一些动物，如鸟类，海豚和鲸鱼，可以进行大脑的单半球睡眠，也就是说大脑的其中一个半球处于睡觉状态，而另一个半球保持清醒。保持半醒状的状态可以让动物持续保持着“睁着眼睛”状态，对于迁徙的鸟类，能够允许他们连续几天甚至几周不间断飞行。
虽然人们不知道这种大脑中的半睡眠是否能够在人类身上发生，但就最近的研究发现，当人们第一次在新的地方进行睡觉的时候，人们会表现出类似的睡眠风格，称为“第一夜效应”。这种效应涉及到了两个半球之间的不对称动态，即当右半球参与正常的慢波睡眠时，左半球经历较浅的睡眠，这表明它可能保持着部分警觉的状态。
现在，在一项新的研究中，研究人员进一步研究了这种睡眠活动的潜在机制，以便开发出人类大脑中的单半球睡眠模型。
研究表明，对于人类来说，两个大脑半球的自发动态对称性破坏也是有可能的，由于不同的睡眠阶段与不同程度的同步有关，一些弱的单半睡眠形式，即两个半球的不同睡眠深度，很可能发生在人类身上，而不仅仅发生在鲸鱼，海豚，海豹的洄游中，以及鸟类等动物。
在人脑中，睡眠和清醒状态可以通过它们不同形式的脑电活动来区分。当清醒时，大脑中的神经元以异步，有点混乱的方式发射，而睡眠大脑中的神经元以更加同步的方式发射。
之前的研究表明，大脑的两个半球可以被视为两个耦合的振荡器群体，因为两个半球都以协调的方式产生电信号。从这个角度来看，当大脑占据两个共存域的状态时，就会发生单半球睡眠，这个域由一个同步（睡眠）半球和一个不连贯（清醒）半球组成。在物理学中，这种以有序和无序共存为特征的状态被称为“嵌合状态”。
研究人员使用来自20个人的90个不同脑部位的MRI数据，研究了大脑如何从不连贯（清醒）转变为同步（睡眠）。正如他们所解释的那样，每个半球内的耦合（半球内耦合）强于两个半球之间的耦合（半球间耦合）。通过降低半球间耦合强度，同时保持模型中半球内耦合强度固定，研究人员观察到一个半球表现出比另一个半球更加同步的活动，类似于半球形睡眠和嵌合体状态。
以前有人推测，“嵌合状态”可能以单半球睡眠的形式出现在自然界中（某些动物已知），但没有给出真实的模型。目前首次通过使用人脑连接来模拟两个大脑半球的动力学，可以确实发生类似于单半球睡眠的部分同步。此外，已经确定了这种依赖的机制，关于半球内（强）和半球间（弱）耦合的不同强度。
从研究的结果来看，目前是支持这样的观点，即单半球睡眠需要在两个半球之间进行一定程度的分离。这种分离可能是由于大脑的结构不对称造成的。众所周知，例如两个半球在这些区域内具有不同大小的相应脑区域和不同的神经元密度。
基于研究的模型，研究人员发现即使是轻微的结构不对称也会导致动态不对称，其中一个半球表现出比另一个半球更加同步的发射模式，就像在嵌合状态下一样。总体而言，大脑中的结构不对称可能解释了大脑睡眠的潜在机制以及相关的第一夜效应，但许多问题仍未得到解决。
在未来的研究中，计划更深入地研究模型中的单半球睡眠状态（使用动态对人脑的经验结构连接性）。大脑半球的哪些区域是同步的，哪些不同步？能否识别出大脑中不同区域之间同步的一种中继？这种中继同步如何与记忆、学习或感知有关此外，这正是研究如何发起和终止与大脑自发强烈同步相关的癫痫发作的方式。
