随着功能性核磁共振成像（fMRI）技术的进步，学者开始研究，睡眠不足是如何损害儿童及青少年大脑的。例如，为什么孩子疲倦时，怎么也记不住刚学过的内容？这是因为，困倦时大脑神经细胞失去了可塑性，因此无法形成记忆所需的神经突触。

上课无法集中精力则是另一种生理机制。睡眠不足会降低机体从血液中提取葡萄糖的能力。葡萄糖是身体的基本能源，缺少葡萄糖，前额叶皮层受到的损害比大脑其他部位更大。前额叶皮层负责“执行功能”，使机体能够有意识地控制思想和行动，以完成目标、预测未来及后果。因此，疲倦时人们难以控制冲动，他们会选择看电视、玩电脑游戏之类的娱乐消遣，而把学习、做功课之类的抽象任务扔在一边。疲倦的大脑仿佛被困住，抓住一个错误答案，不停地重复，无法创新。

睡眠不足通过以上两种机制不断地削弱孩子白天的学习能力。那么晚上睡觉时孩子的大脑在做什么？睡眠专家马修?沃克博士指出，睡眠期间，大脑会将白天所学的内容转移到一个更高效的记忆存储区域。睡眠的每一个阶段对记忆都有独特的作用。例如，学习外语要求孩子记住单词，听到的发音需要听觉记忆，读单词时需要运动记忆。这些新词汇是由大脑中的海马回合成的，这一过程发生在睡眠的第一阶段“慢波睡眠”，这是一个不做梦的深度睡眠阶段；读单词时的运动记忆则是在睡眠的第二阶段“非快速眼动睡眠”（non REM sleep）医学上将睡眠状态分为非快速眼动睡眠和快速眼动睡眠。睡眠先从非快速眼动开始，入睡约90分钟，进入快速眼动，快速眼动约持续半小时，此后再回到非快速眼动，如此交替出现，大约6~7个周期（假设睡眠时间为7小时）。非快速眼动又分为I、II、III、IV期，其中I、II期为浅层睡眠，III、IV期为深层睡眠。译者注阶段加工的；听觉记忆可以在睡眠的各个阶段进行。而涉及情感的记忆则是在“快速眼动睡眠”（REM sleep）快速眼动睡眠是睡眠周期的阶段之一，也叫做快波睡眠或积极睡眠，做梦是其特征之一，快速眼动睡眠期间脑的活动较为主动和活跃。快速眼动睡眠是人类一种生理需要。长期阻断人的快速眼动睡眠，会引起类似精神病患者那样的严重的认知障碍。译者注期间处理的。因此，孩子白天学得越多，晚上就需要越多的睡眠。

为了巩固这些记忆，某些基因在睡眠中逐渐兴奋，或被激活。这些基因中有一种可以增强神经元的连接，帮助记忆。虽然白天大脑会加工、整合一些记忆，但记忆的巩固和加强却一定要在夜间进行。只有在夜间，才能诞生新的推论和联想，因此导致了第二天对知识的深层领悟。

孩子的睡眠不同于成人，因为孩子有40%的睡眠时间处于“慢波睡眠”，这一比例是成人的10倍。这就是为什么儿童的一夜好觉对记忆性的学习如此重要。

最奇妙的研究发现是：不同情绪的记忆是在大脑不同区域被处理的。带有负面情绪的内容，由杏仁核加工；积极或中立的记忆则由海马回加工。睡眠不足对海马回的损害，比对杏仁核更大。结果，睡眠不足的人总是想不起愉快的记忆，却很容易想起消极的记忆。

沃克做过一个实验，给一群睡眠不足的大学生一组生词，对于一些负面的字眼，如“癌症”，他们可以记住81%，而积极或中性的单词，如“阳光”、“篮子”，他们只能记住31%。

沃克说：“现在的竞争如此激烈，孩子们要学的东西越来越多，但睡眠时间却越来越少。如果一直这样下去，即使是再有弹性的橡皮圈也会绷断的。”