睡眠是人类的一项基本生命活动,良好的睡眠有助于消除疲劳、恢复体力、保护大脑、增强机体免疫力等。但当今,越来越多的人睡眠质量有所下降,甚至很多人长期受到失眠的困扰,睡眠质量变坏不仅危害个人身心健康,也影响到了社会的方方面面。因此,从工程学上探索一种效果好、无依赖性,并且不干扰正常睡眠的失眠治疗方法,并对其进行实验效果客观指标评价有着重要的意义。评价睡眠质量不仅仅在于睡眠时间的长短,而且还包括入睡的快慢、睡眠的深度,以及睡眠结构是否合理。因此,睡眠分期又成为睡眠研究的前提,而基于睡眠脑电信号的睡眠分期是睡眠分期研究的最重要、最准确的方法之一,这就要求从更深层次上分析和了解睡眠脑电信号。本文的主要工作如下:1.分析了睡眠脑电信号的新特征。用Itakura距离表示了不同时期睡眠模式上的区别;用非线性样本熵对睡眠脑电信号复杂度进行了表示,并说明了随着睡眠的加深,脑电活动复杂度降低,但快速眼动期又接近于睡眠一期;用多尺度熵表征了不同时期睡眠脑电信号随尺度变化的规律;通过多重分形去势波动分析方法的广义赫斯特指数得出,睡眠过程是一个分形过程,并且存在多重结构,但在一定尺度上也表现出去相关性。2.提取睡眠脑电信号的时域、频域和非线性共19个特征组成特征矩阵,用3层结构BP神经网络进行睡眠分期,正确率达到了89.1%;用支持向量机多类分类的方法分类,正确率达到了92.9%,且睡眠Ⅲ期和睡眠Ⅳ期、睡眠Ⅰ期和快速眼动期之间的误分大大降低。3.构建了真实头模型,并对低频磁场在大脑的感应磁场分布进行了仿真。4.进行了低频磁场睡眠刺激实验,用客观指标对比分析了刺激效果,结果睡眠潜伏期缩短9分钟,总睡眠时间延长25分钟,深睡期比例延长9.9%,说明了低频磁场对睡眠的诱导作用。并对低频磁场作用机理和理论模型进行了探讨。