Весь афферентный поток, поступающий от рецепторов тела в центральную нервную систему, предварительно фильтруется в таламусе.
Первоначально считали, что таламус отвечает за переработку электрических сигналов, поступающих от сетчатки глаза, т. е. таламус рассматривался в качестве центральной структуры зрительного анализатора. Отсюда происходит его первоначальное название — «зрительный бугор». Сегодня известно, что функции таламуса значительно шире и не ограничиваются анализом зрительной афферентации. В животном организме нет такого рецептора, возбуждение которого проходило бы мимо таламуса.
Электрофизиологические исследования мозга показали, что таламус является мощным источником ритмических электрических сигналов. Интересно, что при экспериментальной стимуляции структур таламуса характер электрического ответа этой части промежуточного мозга бывает различным. На его энцефалограмме можно выявить медленные волны, которые синхронизированы с сонными веретенами коры больших полушарий. Установлено, что неспецифические ядра таламуса выполняют роль генерального пейсмекера смены состояния активности на торможение и сон в коре больших полушарий. В классических опытах В. Гесса, Г. Акимото, Н. Ямагучи и др., выполненных на кошках и собаках в 1930-1950-е гг., искусственная электрическая стимуляция неспецифических ядер таламуса через вживленные в мозг электроды приводила к развитию торможения в коре. В процессе опыта животные засыпали на глазах у экспериментаторов.
В электрической активности таламуса, однако, выделяются особые сигналы, дающие прямо противоположный эффект — активацию части нейронов коры. Эти сигналы, в отличие от активирующих спайков, упакованных в «пачки», имеют характер одиночных возмущений. Результатом их воздействия на кору является десинхронизация ЭЭГ в процессе сна, т. е. явление, обычно наблюдаемое у бодрствующего животного.
Таким образом, в таламусе выделяются две подсистемы функциональных взаимоотношений с корой больших полушарий: тормозная и активирующая. В отличие от активирующего влияния со стороны ретикулярной формации, которое обеспечивает активацию коры с последующим пробуждением животного, активирующее влияние таламуса носит локальный характер и пробуждения не вызывает. Электрическая активирующая импульсация таламуса через возбуждение участков коры, имеющих названия «зрительная кора», «слуховая кора», «обонятельная кора», приводит к формированию у спящих животных зрительных, слуховых и обонятельных образов, т. е. сновидений.