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图3-3 睡眠时间与体温周期关系相位图
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每当受试者在他们体温接近峰值时入睡，随后的睡眠时间总是很长，平均有15小时。相反，每当受试者在他们体温接近最低值时入睡，睡眠时间就会短很多，平均只有8小时左右。纵观所有相位，表示睡眠时长的数据点形成了一条锯齿波。
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图上的曲线让人意想不到。与体温周期熟悉的正弦波形不同，这些数据明显是不均匀的。在体温最低点后的9～10小时左右，此时开始的睡眠时长从7小时直线上升到18小时，随后逐渐缓步下降到短睡眠。
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这条斜坡暗示了一些反直觉的东西。当受试者在体温周期的晚期（体温较低的时候）入睡时，尽管他们已经熬了更长的时间，但实际上睡眠时间反而更短。同样的独特模式已经在火车司机及其他夜班工人的不规律睡眠中被观察到了，你可能也在自己参加完午夜聚会之后的睡眠中注意到了这一现象。当你最后上床时，总是希望能有一个长时间的睡眠，但当你醒来后，会恼火地发现自己仅仅辗转反侧地睡了五六个小时。问题在于，身体的内部闹钟在响。时间隔离实验的受试者几乎总是在他们的体温开始上升后的几个小时内醒来。在体温开始上升的同一时间，皮质醇（身体的应激激素）的分泌量最大，警觉性开始提高。在24小时牵连期间也是如此。所以，我们睡得越晚，醒得就越快，无论我们是否已经睡足，闹钟都会响。
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以上是对这条下降的斜坡的粗略解释。为了理解图中的垂直跳跃，即睡眠持续时间可以很短或很长，也可以介于二者之间，你可以设想自己熬了一整夜，直到第二天下午。如果你此时想午睡一会儿的话，那么你可能只是打了个盹，也可能昏睡了整整一下午或一整夜，直到转天早晨才苏醒。
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这种解释依赖于每天的时间与“昼夜节律的相位”（即体温周期的相位，这是在长期时间隔离的条件下唯一有生理意义的测度）之间的隐式转换。要推算真实世界中的情况，即醒睡周期和体温周期都被牵连到24小时的时钟中，我们需要将所有生物事件都与体温最低点进行对比参考。
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换算公式出现在了切斯勒后来的研究中：对于生活在一天24小时周期中的人，他们的体温总是在习惯睡醒前的1～2个小时达到最低点。例如，大部分劳工在早晨6点或7点左右醒来，对于这些人来说，最低体温可能出现在凌晨4点到6点之间。睡眠时间的跳跃预计发生在此后的9～10小时之内，即下午1点到4点之间，此时正是午睡时间。
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切斯勒和韦茨曼发现，许多其他生理节律和认知节律与体温周期的相位有关。
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例如，他们要求受试者在醒着的时候频繁地评估自己的警觉性。受试者需要为自己打分并上交，分数要画在一个连续的竖直标尺上，上面没有数值，只在顶部标有“非常警觉”，底部标有“非常困倦”，受试者只需在恰当的位置划线即可。（标尺上没有数值的原因是避免受试者自动重复以前的评估结果。）结果表明，警觉性与体温密切相关：体温低时警觉性也低，反之亦然。
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让我们再次利用上文中的换算公式把昼夜节律的相位转换为时钟时间，这些时间隔离数据预示，在24小时牵连期间，最低的警觉性出现在体温最低的时间点前后，即凌晨4点至6点之间。这是一天中最糟糕的时间段。三里岛核电站事故正发生在这个时间，原因正是基于一名刚上了几天夜班的工作人员。切尔诺贝利、博帕尔(6)、埃克森·瓦尔迪兹(7)等灾难均发生在深夜，都是因人为失误造成的。实地研究表明，在凌晨3点到5点之间，工作人员接听电话、对报警信号的反应都是最迟钝的，而且最容易读错数据。在这个时间醒着极其糟糕，特别是你需要做一些单调重要的事情的时候，轮班工人形象地称之为“僵尸区间”。
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即使从未上过夜班，你可能也已经注意到了自己整个夜间的警觉性节律。你熬得越晚，便越会昏昏沉沉。在某些时间点，通常在凌晨3点到6点之间，你的眼睛会开始发痒，睡眠的欲望变得压倒一切。挺过了愈发强大的困意后，你会突然缓过劲来，感觉开始变好，这说明你刚刚度过了昼夜节律周期的低谷阶段。接着，警觉性会开始伴随着体温和皮质醇的分泌量一同上升。有趣的是，即便受试者休息得很好，也不上夜班，同样的睡眠时间也显示在了时间隔离实验的数据中。“僵尸区间”的概念已经进入到了我们的生物学中。
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昼夜节律钟不但负责调节我们的警觉性和睡眠持续时间，还控制着睡眠的内部结构，特别是快速眼动（REM）睡眠的倾向。快速眼动是一种奇怪的状态，也许它比大多数人所理解的更为奇怪。当我们处于逼真的梦境中时，我们的眼球会从一侧飞快地移动到另一侧，呼吸和心跳则呈现出不规律的波动。此时，脊髓的抑制作用麻痹着我们的身体，可以阻止我们梦游。（在以猫为研究对象的实验中，当脊髓抑制被阻断时，它们会在快速眼动睡眠中四处奔跑，仿佛在追逐幻想中的老鼠。）男性经常会在快速眼动睡眠期间勃起，这种不由自主的勃起可以帮助医生区分心理和生理上的阳痿。具体来说，在患者临睡前，医生会在患者的阴茎上缠上邮票，如果病人醒来后邮票扯坏了，那么就是心理上的阳痿。
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快速眼动睡眠与非快速眼动睡眠之间的差别就相当于它与醒着的差别。睡眠过去常常被看作是一个温和、均一的状态，意味着人的身体和大脑在夜间会停止工作。人们会认为上床睡觉就像把汽车停进车库里，关掉引擎。而现在我们知道，引擎，即大脑事实上从未关闭。非快速眼动睡眠，就如同汽车（身体）放在车库里，但引擎仍在运转着，油门和刹车都踩到了底。在这里，油门代表大脑的飞速运转，刹车代表脊髓的抑制作用，可以阻止我们的身体移动。
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快速眼动睡眠有它自己的出现节律，比昼夜节律要快很多。大脑大约每90分钟会完成一次睡眠的阶段循环。当我们爬上床后，首先是从觉醒转态进入轻度睡眠；然后进入深度睡眠，此时的脑电波波幅大而缓慢；接着是返回到轻度睡眠，并进入快速眼动睡眠，开始做梦。第一个做梦的阶段通常很短，大约持续10～20分钟。快速眼动睡眠通常会随着夜晚的继续而延长，所以到了清晨时分，我们可能已经进行了一个小时的超现实娱乐，也可能在脑海里上演了一场恐怖电影。
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对于经常被牵连到24小时一天的人们来讲，快速眼动睡眠的峰值时间是在清晨，接近睡眠结束时。这解释了为什么我们经常会在一个很长的梦结束之后醒来，以及为什么男性醒来时经常是勃起的。但是快速眼动睡眠与睡眠结束之间的这种老生常谈的联系实际上是错误的归纳，并不是快速眼动睡眠的规律。正确的规律是切斯勒和韦茨曼在他们的时间隔离实验中发现的。在最初测量受试者的脑电波时，他们震惊地发现，快速眼动睡眠出现在睡眠开始时的次数累积最快，而不是在睡眠接近尾声时。此外，这也是持续时间最长的快速眼动睡眠出现的时间。两个结果似乎都与医学院中灌输的知识完全相反。事实上，快速眼动睡眠出现在睡眠开始阶段一般是很罕见的，通常被诊断为发作性嗜睡症，这是一种会使人神经衰弱的睡眠障碍。
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当切斯勒和韦茨曼了解了快速眼动睡眠真正的规律后，我们才开始理解这矛盾的结果。快速眼动睡眠倾向与体温变动周期同步，而非与睡眠本身同步。大脑不在乎它是睡眠的结束还是开始，重要的是身体的时间。真正的规律是，快速眼动睡眠最可能出现于体温周期中的最低体温点之后。在24小时牵连中，这是多数人醒来时的昼夜节律相位，也是快速眼动睡眠普遍出现于睡眠尾声时的原因。相反，自由生活的受试者经常在体温最低的时候入睡，这就是他们的快速眼动睡眠经常出现在睡眠开始时的原因，并不存在疾病的原因。
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并不只是睡眠持续时间、警觉性、快速眼动睡眠倾向的昼夜节律与体温周期步调一致。后来的研究表明，人类短期记忆的节律、大脑激素之一褪黑激素的分泌，以及其他几种认知和生理功能，同样在相同的周期中运行，它们彼此之间以及与体温周期之间都维持着恒定的相位关系。只有一种简单的方法可以解释这些完全不同的节律是如何紧密联系的：它们必定都由同一个生物钟控制。
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多年来，昼夜节律起搏器只不过是一个假设的实体而已。它的存在是借由间接推导得出的，就像19世纪时原子的存在性问题一样。对于它在身体中的位置的研究总是会落入无尽的追逐，这源于一个错误的判断。毕竟，早期对于单细胞藻类的实验研究显示，即使是单细胞藻类也会表现出昼夜节律。因此，对于更复杂的多细胞生物，例如人类，整个生物体可能由数以万亿计的时钟组成。换句话讲，我们可能并不是拥有一个时钟，我们本身可能就是一个时钟。
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事实证明，这幽灵般的思想是正确的。30年来，我们已经知道，肾上腺和肝细胞可以显示出自己的昼夜节律，即使当它们从身体中取出，在培养皿维持存活也是如此。现在我们发现，心脏细胞和肾细胞似乎也是如此。在果蝇和小型哺乳动物中，例如老鼠和仓鼠的身体各处的组织中都有时钟基因出现。大概人类同样也是昼夜节律振子的集群。
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然而，我们一直有强烈的理由相信，至少在哺乳动物中，所有这些外围时钟都由一个单独的掌控者控制，它可能位于在大脑中被称为下丘脑的地方。早在20世纪初，医生们已经注意到，下丘脑长有肿瘤的患者会出现无规律的醒睡周期。一个更加有说服力的证据来自于科特·李希特（Curt Richter）的工作成果，李希特是约翰霍普金斯大学的生物学家，他花了近60年时间研究昼夜节律起搏器。
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在一项艰巨、可怕的系列实验中，李希特先是使老鼠失明，然后再按部就班地移除它们的肾上腺、脑垂体、甲状腺和性腺，诱使老鼠惊厥，给老鼠施加电击、酒精性昏迷，以及长时间的麻醉。随后将老鼠缝合，放回鼠笼中，但李希特发现，这些可怕的干预措施没有一种能够改变老鼠们自由活动的节律，时钟仍在嘀嗒行进。后来，他逐一切除了鼠脑的各个位置，检测各处的损伤是否会打乱它们的昼夜节律。结果发现，这些损伤毫无区别，老鼠依然会有节律地进食、饮水、活动。只有当下丘脑的前部受损时，老鼠才终于失去了节律。
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