החלום של תנועות עיניים מהירות (REM, Rems) הוא שלב השינה ייחודי יונקים וציפורים, להבחין על ידי תנועה אקראית / עין מהירה, מלווה טונוס שרירים נמוך בכל הגוף ואת הנטייה של האדם הישן לחלום באופן חי.
שלב ה- REM ידוע גם כשינה פרדוקסלית (PS), כאשר לפעמים השינה אינה מסונכרנת עקב הדמיון הפיזיולוגי שיש לה למצבי ערות, כולל גלי מוח מהירים ולא-מסונכרנים במתח נמוך. נראה כי הפעילות החשמלית והכימית המווסתת שלב זה מקורן בגזע המוח ומאופיינת בעיקר בשפע של המוליך העצבי אצטילכולין, בשילוב עם היעדר כמעט מוחלט של המוליכים העצביים מונואמין, היסטמין, סרוטונין ונוראדרנלין.
שנת REM שונה מבחינה פיזיולוגית משלבי השינה האחרים, אשר נקראים באופן קולקטיבי שינה שאינה REM (שינה NREM, NREMS, שינה מסונכרנת). REM ושינה שאינה REM מתחלפים בתוך מחזור שינה שנמשך כ 90 דקות בבני אדם בוגרים. ככל שמחזורי השינה נמשכים, הם עוברים לעבר שיעור גבוה יותר של שנת REM. המעבר לשינה ב- REM מביא לשינויים פיזיים ניכרים, המתחילים בהתפרצויות חשמליות הנקראות גלי PGO שמקורם בתא המטען.אנצפלי. אורגניזמים בשינה ב- REM משעים את ההומאוסטזיס המרכזי, ומאפשרים תנודות גדולות בנשימה, בוויסות תרמי ובמחזור, שאינן מתרחשות בשום מצב אחר של שינה או ערות. הגוף מאבד בפתאומיות את טונוס השרירים, מצב המכונה אטומי REM.
פרופסור נתנאל קלייטמן ותלמידו יוג'ין אסרינסקי היו אלה שהגדירו תנועת עיניים מהירה וקשרו אותה לחלומות בשנת 1953. שנת REM תוארה על ידי חוקרים כמו ויליאם דמנט ומישל ז'ובט. ניסויים רבים היו מעוררים התעוררות של נבדקים בכל פעם שהם מתחילים להיכנס לשלב ה- REM, וכך נוצר מצב המכונה חסך REM. הנבדקים שמותרים לישון שוב כרגיל חווים בדרך כלל ריבאונד צנוע של REM. טכניקות הנוירוכירורגיה, הזרקה כימית, אלקטרואנצפלוגרפיה, טומוגרפיה של פליטת פוזיטרון ודיווחים על חולמים ערים שימשו לחקר שלב זה של שינה.
