Российский ученый Иван Пигарев выдвинул, на мой взгляд и не только, одну из самых всеобъемлющих гипотез. В общих чертах: если подопытным животным не давать спать, их организм начинает буквально "рассыпаться", причем, страдает весь организм. Кроме того, было обнаружено, что во время сна области мозга, которые отвечают за зрение, занимаются, грубо говоря, анализом пищеварительных процессов (поэтому после еды хочется спать).
Эти и другие данные легли в основу следующей гипотезы: когда человек спит, мозг не только "переваривает" и интегрирует полученную информацию, но и занимается "сканированием" организма, выясняя, какие клетки должны умереть, каким органам нужна поддержка и проч. Эта гипотеза объясняет так же, почему люди и животные особенно много спят во время болезни, и почему издавна (интуитивно) считалось, что больного при первых симптомах нужно уложить в кровать ("Сон - лучшее лекарство", вот это все:).
По структуре сна, медленной и быстрой фазе, и по нейромедиаторам - информация есть в любых учебниках и в вики)