腦電圖（Electroencephalogram, EEG）是研究睡眠生理和病理的核心工具。通過對睡眠期間腦電信號的時域分析，可以識別不同睡眠階段的特征波形，為臨床診斷睡眠障礙（如失眠、睡眠呼吸暫停）提供依據(jù)。本文基于正常睡眠的EEG表現(xiàn)，詳細(xì)探討各睡眠階段的時域波形特征及其生理意義。

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正常睡眠的分期與生理基礎(chǔ)

腦電電極的分類方式多樣，包括按導(dǎo)電介質(zhì)、信號放大方式、放置位置及應(yīng)用場景等。其中，按導(dǎo)電介質(zhì)分類是最核心的維度，直接決定電極的物理特性和適用場景。

周期規(guī)律：

每90-120分鐘循環(huán)一次，NREM與REM交替出現(xiàn)。

前半夜N3期占比高，后半夜REM期延長。

睡眠階段與波形示意圖

NREM睡眠

N1期（淺睡期）：占睡眠總時間5%，以低振幅混合頻率波為主，包括θ波（4-7 Hz）和少量α波（8-12 Hz）。

N2期：占比50%，特征為“睡眠紡錘波”（12-16 Hz的短暫爆發(fā)波）和“K復(fù)合波”（高振幅負(fù)向波后跟隨正向波）。

N3期（深睡期）：以高振幅δ波（0.5-4 Hz）為主，占比20%-25%，是恢復(fù)性睡眠的關(guān)鍵階段。前期睡眠階段的特征都可能出現(xiàn)，但通常不太規(guī)律，甚至?xí)В幬飼p少該階段睡眠時長。

REM睡眠

以快速眼動、肌張力消失和低振幅混合頻率波為特征，腦電活動近似清醒狀態(tài)，β波（16-31 Hz）和θ波交替出現(xiàn)，常伴隨鋸齒波。夜間出現(xiàn)頻率增加，腦電圖表現(xiàn)為幅度彌漫性衰減，背景頻率范圍與清醒狀態(tài)相似。其名稱源于快速眼動，在腦電圖上表現(xiàn)為左右額葉區(qū)域輪廓分明、方向相反的波形。此階段還可能出現(xiàn)輕微心臟不規(guī)則和呼吸波動，肌肉活動消失。

睡眠階段的動態(tài)平衡

年齡影響：兒童N3期占比高（深睡需求大），老年人REM和N3期減少。

藥物干擾：苯二氮?類藥物抑制N3期和REM期，導(dǎo)致睡眠結(jié)構(gòu)碎片化。

睡眠階段分布隨年齡變化

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各睡眠階段的腦電波形時域特征

N1期：θ波主導(dǎo)的過渡階段

時域表現(xiàn)：

波形振幅：20-50μV，較清醒期α波降低。

頻率分布：θ波（4-7 Hz）占比超過50%，偶見α波殘余，以及出現(xiàn)枕部正相尖波睡眠瞬變（POSTS）和頂波。

生理意義：標(biāo)志睡眠開始，處于從昏昏欲睡到完全入睡的范圍，對外界刺激仍敏感，易被喚醒。

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頂點波

N2期：紡錘波與K復(fù)合波

時域表現(xiàn)：

睡眠紡錘波：持續(xù)0.5-1.5秒，振幅10-15μV，頻率12-14Hz，呈“紡錘形”包絡(luò)。

K復(fù)合波：高振幅（>100μV）對稱波形，負(fù)-正雙相波，持續(xù)≥0.5秒。

生理意義：紡錘波與丘腦-皮層回路抑制相關(guān)，K復(fù)合波反映大腦對微弱刺激的阻斷機制。

K復(fù)合波及紡錘波

N3期：δ波與同步化活動

時域表現(xiàn)：

δ波：振幅>75μV，頻率0.5-2Hz，占一幀EEG的20%以上。

波形同步性：全腦廣泛同步，反映皮層神經(jīng)元高度一致性放電。

生理意義：促進(jìn)生長激素分泌、記憶鞏固及體力恢復(fù)。

N3期高振幅δ波

REM睡眠：去同步化與鋸齒波

時域表現(xiàn)：

低振幅混合波：以θ波（4-7 Hz）和β波（16-31 Hz）為主，近似清醒閉眼狀態(tài)（圖5A）。

鋸齒波：2-6 Hz的三角形波群，常出現(xiàn)在REM期后半段（圖5B）。

生理意義：REM期與夢境相關(guān)，去同步化腦電反映皮層活躍性增強。

REM期波形特征

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臨床應(yīng)用與異常波形識別

睡眠障礙診斷

失眠：N3期縮短，δ波振幅降低。

阻塞性睡眠呼吸暫停（OSA）：頻繁微覺醒導(dǎo)致睡眠碎片化，紡錘波減少。

神經(jīng)退行性疾病

阿爾茨海默病：REM期縮短，θ波功率下降。

正常認(rèn)知老年人群與阿爾茨海默癥群體腦電波圖

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回映產(chǎn)品:可穿戴閉環(huán)睡眠設(shè)備

個性化可穿戴閉環(huán)睡眠設(shè)備首先對EEG腦電信號進(jìn)行實時采集,并對EEG進(jìn)行PSD功率圖譜轉(zhuǎn)換獲取到腦電進(jìn)行實時采集,并對EE進(jìn)行PSD功率圖轉(zhuǎn)換獲取到腦電節(jié)律Theta波(4-8Hz)以及Alpha波(8-13Hz)最高功率所對應(yīng)的頻率,然后基于此頻率作為個性化tACS經(jīng)顱交流電刺激的刺激頻率進(jìn)行恒流源輸出，進(jìn)而實現(xiàn)個性化閉環(huán)睡眠治療?

適應(yīng)癥：睡眠障礙

采集系統(tǒng)

參數(shù)

采樣率：最高16KHZ；

共模抑制比：≥ 100dB；

噪聲：≤ 5uV；

輸入阻抗：≥ 1000MΩ；

腦電EEG：單通道，2~100uV

刺激系統(tǒng)

參數(shù)

刺激模式：tDCS/tACS/tPCS/tRNS四種模式靈活可調(diào)，tDCS經(jīng)顱直流電刺激，tACS經(jīng)顱交流電刺激，tPCS經(jīng)顱脈沖電刺激，tRNS經(jīng)顱白噪聲電刺激；

刺激強度：-2mA~2mA連續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)分辨率0.01mA，輸出電流誤差<=±10%；

刺激時間：0~60min可調(diào)；

刺激頻率：針對于tPCS/tACS模式，1Hz～99Hz范圍內(nèi)可調(diào)，頻率步進(jìn)為1Hz，

輸出頻率誤差<=±5%；

淡入淡出時間：0~120s可調(diào)，確保刺激的安全性；

脫落檢測：通過實時阻抗檢測分析電極脫落狀態(tài)確保刺激有效性。