据认为，大脑具有体内平衡机制，可以防止所有细胞活动所需的细胞能量消耗。例如，血流量增加，氧气和葡萄糖被主动输送到发生神经放电活动的大脑区域。此外，在动物的睡眠-觉醒状态下，脑血流量和细胞对葡萄糖的摄取随着大脑中细胞活动的变化而波动。在这些大脑能量稳态机制下，假设大脑中的细胞能量状态可以在所有生理条件下保持恒定，包括动物的睡眠-觉醒状态。然而，这尚未得到实验证明。

为了研究活体动物大脑中的细胞能量状态是否始终恒定或变化，研究人员使用活体动物大脑中的荧光传感器测量了主要细胞能量代谢物 5'-三磷酸腺苷 (ATP) 的神经细胞内浓度。活老鼠。他们使用光纤和宽视野显微镜，显示了皮质神经元中胞质 ATP 水平在整个皮质范围内的变化，具体取决于动物的睡眠-觉醒状态：ATP 水平在清醒状态期间较高，在非快速眼动睡眠期间下降睡眠期间，并且在快速眼动睡眠期间显着下降。另一方面，脑血流量作为能量供应的代谢参数，与清醒状态相比，在非快速眼动睡眠期间略有增加，在快速眼动睡眠期间大大增加。在小鼠全身麻醉下以及对神经元激活的局部脑电刺激的反应中也观察到神经元 ATP 水平的降低，而血流动力学同时增强。

由于在清醒状态下，整个皮层的神经元 ATP 水平都会增加，此时细胞能量需求增加，因此大脑的能量调节机制可以在整个皮层范围内增加神经元 ATP 水平，以响应睡眠到觉醒的转变。的动物。与此同时，尽管用于能量供应的脑血流动力学同时增加，但在快速眼动睡眠期间神经元 ATP 水平大幅降低，这表明神经元中的负能量平衡，这可能是由于快速眼动睡眠特定的能量消耗活动(如产热)促进所致。REM 睡眠期间皮质神经元中 ATP 水平的显着降低有望用作 REM 睡眠的新型生物标志物。最终，大脑能量代谢可能并不总能满足神经元能量需求，