Многочисленные исследования, проведенные учеными разных стран мира, позволяют утверждать о существовании биологических часов в многоклеточных живых организмах, можно считать, что в живых организмах существует иерархия ритмов, при этом биологические часы подчиненных клеток синхронизируются с суточными ритмами главных клеток. Основной задачей ученых в настоящее время является обнаружение клеток, управляющих ритмом всего организма.
В этом направлении учеными проведено уже достаточно много исследований, но окончательного результата пока так и не удалось получить. Так, например, американский ученый К. Рихтер еще в 1960 г. высказал предположение о существовании у человека трех типов биологических часов: центральных, гомеостатических и периферических. Центральные часы расположены в таламусе, гипоталамусе, ретикулярной формации и в задней доле гипофиза. Гомеостатические часы имеют непосредственное отношение к гипоталамусу и связаны с различными железами внутренней секреции. Периферические часы находятся в разных тканях и совершенно независимы от центральных часов.
По мнению Рихтера, центр управления биологическими часами у человека расположен не в коре головного мозга. Это обстоятельство он объясняет тем, что зависимость от коры головного мозга придавала бы суточным ритмам физиологических процессов все основные черты условных рефлексов. Действительно, влияние коры головного мозга на суточные ритмы человека ограничено. Даже при отсутствии обоих полушарий суточная периодичность различных физиологических процессов, в частности ритма сна и бодрствования, сохраняется. Именно поэтому центр управления биологическими часами человека, вероятнее всего, находится под полушариями.
Биологические часы наиболее устойчивы к случайным изменениям во внешней среде, что важно для сохранения суточного режима. Кроме того, разделение функций между корой и нижележащими участками мозга имеет большое приспособительное значение, позволяющее освободить кору от управления множеством внутренних процессов и создать тем самым условия для приспособления организма к изменениям внешней среды.
Гипоталамус имеет непосредственное отношение к управлению суточным ритмом. В нем находятся центры, управляющие температурой тела, работой желез внутренней секреции, а также углеводным, водно-солевым и жировым обменом. Управление суточной периодичностью наиболее четко проявляется в деятельности температурного и водно-солевого центров. Об этом свидетельствуют многочисленные исследования, проведенные на людях. Работа этих центров осуществляется так называемыми субцентрами различными способами. Так, например, температурный центр через один из субцентров осуществляет регулирование температуры при помощи физических процессов, изменения интенсивности потоотделения и дыхания; просвет сосудов через другой субцентр — путем химических процессов усиливает обмен веществ при понижении температуры крови. При помощи гипоталамуса в организме человека регулируются ритмы многих процессов, например, ритм содержания эозинофилов и других клеток крови.
Гомеостатические часы связаны непосредственно с работой гипоталамуса. Они управляют нервными центрами гипоталамуса через гипофиз, и в их деятельности наиболее полно представлен принцип обратной связи. Принцип работы соответствующих центров заключается в том, что возбуждение возникает в них в результате недостатка специальных веществ в крови, а торможение — при их избытке. Возбуждение одного из центров гипоталамуса приводит к выработке нейросекрета, который заставляет клетки гипофиза вырабатывать гормоны. Под его влиянием кора надпочечников выделяет вещество, тормозящее деление клеток костного мозга.
Периферические часы позволяют длительное время сохранять положение фаз какого-либо физиологического ритма при нарушении нормального чередования света и темноты. Изменение фаз ритма в этом случае будут свидетельствовать о прямом или косвенном влиянии гипоталамуса на периферические часы.
В организме человека нет таких физиологических процессов, которые не зависели бы полностью от центральной нервной системы и от общего состояния организма. В работе периферических часов время от времени могут участвовать и центральные часы, которые по нервным путям осуществляют регуляцию ритма из гипоталамуса. В этом случае может происходить изменение местоположения центра биологических часов человека. Оно непосредственно связано с системой регуляции, с механизмом работы и природой биологических часов.
Тот факт, что в другом часовом поясе ход биологических часов перенастраивается, свидетельствует об их условно-рефлекторной регуляции.