睡眠是一种重要的生理现象,良好的睡眠有保存脑的能量、增强机体的免疫机制等作用,通过研究睡眠时各个脑区间的同步机制有助于深入理解大脑睡眠的机制以及对有关睡眠的疾病的诊断、预防和治疗。睡眠脑电信号是研究睡眠一种有效的工具,由于单通道脑电信号不能反映各个脑区间的关系,因此本文通过对12通道睡眠脑电信号进行谱分析、同步性分析以及耦合方向分析来探寻睡眠大脑的工作机制。首先,用改进平均周期图法进行了谱分析,发现在NREM2-4期的睡眠梭形波频段(9-15Hz)的功率谱出现了谱峰,而REM期未呈现类似的谱峰,只是随着频率的增大功率谱在减小,符合powerlaw的规律。接着,利用一致性和加权相位同步指数分析了睡眠脑电不同脑区间的同步性。加权相位同步指数是基于互谱的虚部分量,用信号的幅值对虚部进行了归一化。不同独立源的容积传导可以使一致性不合逻辑的增大,但是加权相位同步指数受容积传导的影响较小,因此加权相位同步指数的抗噪声性能要优于一致性。通过正弦仿真模型验证了加权相位同步指数在抗噪声性能方面要优于一致性,进一步实际睡眠脑电信号表明,在NREM 2-4阶段梭形波的同步在各个脑区中占据着主要的位置,而REM期没有出现一致的规律。最后,用定向传递函数分析了睡眠脑电信号不同脑区的耦合方向,结果发现NREM 2-4期在alpha(9-15Hz)频段内和beta(12-30Hz)频段内都出现左右脑(主要是从右脑到左脑)和前后脑的信息流动,而REM期在alpha频段也出现了前后脑和左右脑(主要是从右脑到左脑)的信息流动,表明大脑在睡眠时各个脑区间不同的耦合振荡的机制以及大脑左右半球功能的不对称分布。本文对正常睡眠脑电信号的同步性分析,将对睡眠自动分析分期提供一定的指导意义,并将有助于有关睡眠疾病的诊断。