脳は、常に電気的な活動を行っている。この活動を頭皮上に装着した電極で記録すると、周期的な波形として観察でき、これを脳波と呼ぶ。脳波は、周波数（1秒間に繰り返される波の数）や振幅（波の高さ）、波形の形によって分類され、心身の状態や睡眠の深さを推測する手がかりとなる。脳波はβ波、α波、θ波、δ波に分類される。
| β波 | 速い周期（高周波数）で振幅が小さい波。 集中して作業をしているときや緊張しているときに多く見られる。 |
| α波 | 比較的ゆったりした周期の波で、リラックスして目を閉じているときなどに優勢になる。 |
| θ波 | さらに遅い周期の波で、うとうとし始める入眠期や浅い睡眠で現れやすい。 |
| δ波 | 最も遅く振幅が大きい波。深い睡眠（徐波睡眠）で優位になる。 |
睡眠と脳波の移り変わり
人は眠りに入ると、脳波は高速なβ波から徐々に低速・高振幅の波へと変化する。入眠初期（第1段階）ではθ波が出現し、軽い眠りに入る。睡眠が深まるにつれてδ波が増え、第4段階では脳全体がゆったりした大きな波の状態となる。一方、レム睡眠（夢を見ることが多い段階）では、脳波は浅い睡眠に似たパターン（θ波やβ波が混ざる）に戻る。このため、体は休んでいても脳は比較的活発に働いている。
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