0 引 言

大脑里含有数以亿计的脑细胞，又称神经元。神经元之间通过神经递质进行传递信息，当这些信号的能量积累量超过一定的阈值时，就会产生脑电波(EEG)[1]。大脑在工作时会产生自发性电生理活动，该活动可通过专用的脑电记录仪以脑电波的形式表现出来，在脑电研究中，至少存在有4个重要的波段[2]。Berger[3]是脑电波的发现者，在研究中检查了不同年龄、性别患者的脑电图记录，最早记录了人体大脑活动和睡眠时的脑电波变化。Chokroverty等人[4]根据大脑在清醒和睡眠状态的脑波的波形特征不同的特点对其进行睡眠分析，指出了睡眠时的脑波变化，但并未详细叙述脑波数据预处理过程。Xiao等人[5]叙述了脑电波中一些常掺杂的伪迹，并概略阐释了几种去除伪迹的滤波方法和技术。Prerau等人[6]对脑电波的一些主流的处理方法进行了对比，因其多窗口频谱分析的优越性，用于分析大脑产生的脑电波。国内陈晓伟[7]和唐其彪[8]简述了脑电波睡眠分期，但并未扩展。随着人们对健康的关注，基于脑电波研究睡眠的工作越来越重要，但针对脑电波波形与脑波睡眠的研究却还未能臻至成熟。本文主要针对基于脑电波波形进行睡眠分析研究和脑电波的数据分析的工作进行调研和概述。

1 脑电波波形特征

大脑的不同状态会表征出不同模式的脑电波，进而仪器上显示出不同的脑电图。根据头皮脑电图信号的特征模式可以确定大脑处于清醒或者睡眠程度，在睡眠分析领域有重大意义。大脑皮层活动主要由特定的频率来表征，频率的定义是在特定的时间段里同种波形重复出现的次数。频率还有另一种表征方法为一种波形每秒的周期数(HZ)。不同文献对脑电波的频率划分定义略有不同，但大体上的范围划分是一致的。本文参考Chokroverty等人[4]定义脑电波频率即δ波(0.5～4 Hz)、θ波(4～8 Hz)、α波(8～13 Hz)、β波(13～30 Hz)。此外，在觉醒并集中注意力于某一件事时，常出现一种频率较β波更高的γ波，其频率通常为30～45 Hz。在睡眠阶段会出现其他一些脑波：K-复合波，睡眠纺锤波。δ波是频率最慢的波。在睡眠评判上使用的是0.5～2 Hz的波段，这种波段常见于额e叶，其活动振幅比较大，正常是75μV甚至更大，没有固定波形持续时间，在进入深睡或者昏迷时较为明显，被称为睡眠波；θ波常出现在顶点中心区域，没有固定的振幅范围，在脑电波里是最为常见的一种睡眠波形；α波常出现在顶枕区，正常的α波在大脑半球是同步和对称的，这是在安静的警觉状态下闭上眼睛看到的，睁眼会导致α波“反应”或振幅减小，外观呈正弦曲线，随着时间的增加，频率降低；β波被定义在13～30 Hz，但主要集中在18～25 Hz之间，这种波段常见于额叶和中央区域，也可以广泛地发生，并出现在清醒和困倦的时候，且可能在困倦时更持久，在深度睡眠时减少，在快速眼动睡眠时又重新出现，在两半球的振幅变化不应超过50%；睡眠纺锤波的频段是11～16 Hz，起源于中心顶点区域，且睡眠评判上有一个持续时间至少0.5 s的标准；K-复合波是尖锐的，缓慢的波，具有两相形态结构，主要出现在中心顶点，持续时间至少为0.5 s，其振幅没有固定的范围[4]。

2 睡眠脑电波特征

(1)清醒阶段W：通常记录的前几分钟将会是唤醒阶段W。超过该帧50%以上显现α波活动会记录为W期。当睁眼和闭眼或者眨眼时，脑电图会显示混合β和α波活动，而当眼睛保持闭着时主要是α波。当人昏昏欲睡时，闭上眼睛，脑电图将显示主要的α活动。大约有10%的人在闭眼状态不产生α波，还有10%的人只能产生少量的α波。对于这些人群来说，睁眼和闭眼时脑电波是相同的[9]。有一种转换过程很难去判断，即人在W时期缓慢进入一至两帧N1期睡眠，随后再次醒来进入W期。

(2)非快速眼动睡眠阶段N1-NREM：N1期非快速眼动睡眠也被称为过渡性睡眠或浅睡眠。此阶段发生在W睡眠之后。对于有α波的人，当超过50%帧由θ波(4～7 Hz)组成，有时会与低振幅的混合频率波混杂在一起，取代清醒时的α波时，此时可以判为N1睡眠。脑电图活动幅度小于50～75μV。顶尖波波形陡峭，持续时间小于0.5 s，与背景脑电明显不同，最常见于清醒向N1期的转换时期，但是也可以出现在N1和N2期，但顶尖波存在不是N1期的必需条件。如果没有其他睡眠标志情况下，这一帧大部分满足主要是4～7 Hz低波幅脑电活动，可以判定为N1期，直到出现其他睡眠分期的标志。在N2期出现觉醒时，除了低波幅混合脑电活动，没有K-复合波和睡眠纺锤波，也可以判定为N1期，直到出现其他睡眠证据[9]。这部分睡眠的特点是飘忽不定的思绪和梦境从真实到梦幻，还有一种漂浮的感觉。睡眠者仍然很容易被唤醒，甚至可能否认自己睡过觉。

文章来源：《世界睡眠医学杂志》 网址: http://www.sjsmyxzz.cn/qikandaodu/2021/0718/1654.html