腸と脳は、神経系、内分泌系、免疫系を介して双方向に情報を伝達し合っている。この密接なネットワークは医学界で「脳腸相関（Gut-Brain Axis）」と呼ばれ、腸が「第2の脳」と称される最大の理由である。強いプレッシャーを感じた際にお腹を下したり、逆に腸内環境が乱れると気分が落ち込んだりする現象は、まさにこの脳腸相関の典型例だ。
乳酸菌が睡眠にもたらす好影響のプロセスにおいて、中心的な役割を担うのが自律神経の調整と神経伝達物質の生成サポートである。睡眠ホルモンとして知られるメラトニンは、日中に分泌されるセロトニンを原料として作られる。このセロトニンの前駆物質（トリプトファンなど）の代謝や体内供給に、腸内細菌叢が深く関与していることが近年の研究で明らかになっている。
さらに、特定の乳酸菌株を摂取することで腸から脳へ迷走神経を通じてシグナルが送られ、交感神経の高まりを抑えて副交感神経を優位に導く働きが確認されている。精神的なストレスを緩和し、入眠に適したリラックス状態を作り出すことこそが、乳酸菌が「一時的なストレス緩和」と「睡眠の質の向上」を同時に実現する根本的な仕組みである。
