Sleep and wakefulness are promoted not by a single neural pathway but via wake or sleep-promoting nodes distributed across layers of the brain. We equate each layer with a brain region in proposing a layered subsumption model for arousal based on a computational architecture. Beyond the brainstem the layers include the diencephalon (hypothalamus, thalamus), basal ganglia, and cortex. In light of existing empirical evidence, we propose that each layer have sleep and wake computations driven by similar high-level architecture and processing units. Specifically, an interconnected wake-promoting system is suggested as driving arousal in each brain layer with the processing converging to produce the features of wakefulness. In contrast, sleep-promoting GABAergic neurons largely project to and inhibit wake-promoting neurons. We propose a general pattern of caudal wake-promoting and sleep-promoting neurons having a strong effect on overall behavior. However, while rostral brain layers have less influence on sleep and wake, through descending projections, they can subsume the activity of caudal brain layers to promote arousal. The two models presented in this work will suggest computations for the layering and hierarchy. Through dynamic system theory several hypotheses are introduced for the interaction of controllers and systems that correspond to the different populations of neurons at each layer. The models will be drawn-upon to discuss future experiments to elucidate the structure of the hierarchy that exists among the sleep-arousal architecture.

中文翻译：

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睡眠和唤醒的分层控制架构

睡眠和觉醒不是由单个神经通路促进的，而是通过分布在大脑各层的觉醒或睡眠促进节点来促进的。我们将每一层等同于一个大脑区域，以提出基于计算架构的用于唤醒的分层包含模型。脑干以外的层包括间脑（下丘脑、丘脑）、基底神经节和皮质。根据现有的经验证据，我们建议每一层都有由类似的高级架构和处理单元驱动的睡眠和唤醒计算。具体来说，建议使用一个相互关联的唤醒促进系统来驱动每个大脑层的唤醒，同时处理收敛以产生唤醒特征。相比之下，促进睡眠的 GABA 能神经元主要投射到并抑制促进觉醒的神经元。我们提出了一种对整体行为有强烈影响的尾端唤醒和睡眠促进神经元的一般模式。然而，虽然前侧脑层对睡眠和觉醒的影响较小，但通过下降投影，它们可以包含尾侧脑层的活动以促进唤醒。这项工作中提出的两个模型将建议分层和层次结构的计算。通过动态系统理论，为控制器和系统的交互引入了几个假设，这些假设对应于每一层的不同神经元群体。这些模型将被用来讨论未来的实验，以阐明睡眠唤醒架构中存在的层次结构。虽然前侧脑层对睡眠和觉醒的影响较小，但通过下降投影，它们可以包含尾侧脑层的活动以促进唤醒。这项工作中提出的两个模型将建议分层和层次结构的计算。通过动态系统理论，为控制器和系统的交互引入了几个假设，这些假设对应于每一层的不同神经元群体。这些模型将被用来讨论未来的实验，以阐明睡眠唤醒架构中存在的层次结构。虽然前侧脑层对睡眠和觉醒的影响较小，但通过下降投影，它们可以包含尾侧脑层的活动以促进唤醒。这项工作中提出的两个模型将建议分层和层次结构的计算。通过动态系统理论，为控制器和系统的交互引入了几个假设，这些假设对应于每一层的不同神经元群体。这些模型将被用来讨论未来的实验，以阐明睡眠唤醒架构中存在的层次结构。通过动态系统理论，为控制器和系统的交互引入了几个假设，这些假设对应于每一层的不同神经元群体。这些模型将被用来讨论未来的实验，以阐明睡眠唤醒架构中存在的层次结构。通过动态系统理论，为控制器和系统的交互引入了几个假设，这些假设对应于每一层的不同神经元群体。这些模型将被用来讨论未来的实验，以阐明睡眠唤醒架构中存在的层次结构。