睡眠紡錘波是神經振蕩活動的爆發，由丘腦網狀核(TRN)和其他丘腦核在第2階段NREM睡眠期間的相互作用產生，頻率范圍為~11至16Hz（通常為12-14Hz），持續時間0.5秒或更長（通常為0.5-1.5秒）。在TRN中生成后，紡錘體通過由GABA能和NMDA受體介導的谷氨酸能神經傳遞調節的丘腦-丘腦和丘腦-皮質反饋回路維持并傳遞到皮層。在所有經過測試的哺乳動物物種和體外細胞中都發現了睡眠紡錘波。

研究支持紡錘波（有時稱為“西格瑪帶”或“西格瑪波”）在感覺處理和長期記憶鞏固中發揮重要作用。直到最近，人們認為每個睡眠紡錘波振蕩在整個新皮質中同時達到峰值。已經確定振蕩以圍繞新皮質的圓形模式掃過新皮質，在一個區域達到峰值，然后在幾毫秒后在相鄰區域達到峰值。有人提出這種紡錘體組織允許神經元跨皮質進行交流。波傳播的時間尺度與神經元相互通信所需的速度相同。

雖然睡眠紡錘波的功能尚不清楚，但認為它們通過再鞏固過程積極參與了夜間陳述性記憶的鞏固。在廣泛學習陳述性記憶任務后，紡錘體的密度已被證明會增加，并且第2階段紡錘體活動的增加程度與記憶性能相關。

除其他功能外，紡錘體促進體感發育、丘腦皮層感覺門控、突觸可塑性和離線記憶鞏固。睡眠紡錘波密切調節大腦與其外部環境之間的相互作用；它們在睡眠期間基本上會緩和對感官刺激的反應。最近的研究表明，紡錘體扭曲了聽覺信息向皮層的傳遞；紡錘體將大腦與睡眠期間的外部干擾隔離開來。另一項研究發現，在睡眠期間重新接觸嗅覺線索會啟動重新激活，這是長期記憶鞏固的重要組成部分，可提高以后的回憶表現。丘腦中產生的紡錘體已被證明有助于在存在破壞性外部聲音的情況下入睡。已經發現丘腦中的腦電波活動量與睡眠者保持安寧的能力之間存在相關性。紡錘體在感覺處理和長期記憶鞏固中都發揮著重要作用，因為它們是在TRN中產生的。

在睡眠期間，這些紡錘體在大腦中被視為肌肉抽搐后立即爆發的活動。研究人員認為，大腦，尤其是年輕人的大腦，正在學習睡眠時哪些神經控制哪些特定肌肉。

此外，還發現睡眠紡錘波活動與將新信息整合到現有知識以及定向記憶和遺忘（快速睡眠紡錘波）有關。

在NREM睡眠期間，精神分裂癥患者產生的腦電波缺乏慢速和快速紡錘波的正常模式。睡眠紡錘波的喪失也是家族性致命失眠癥（一種朊病毒病）的一個特征。在疾病中觀察到紡錘體密度的變化。有一些研究表明自閉癥兒童的睡眠紡錘波會增加。還有一些研究表明癲癇患者缺乏睡眠紡錘波。

睡眠紡錘波在陳述性記憶鞏固中起著至關重要的作用，然而，盡管性和月經都會影響睡眠和在線學習期，但大多數研究都忽略了對性的控制。研究表明，女性在陳述性記憶過程中睡眠紡錘波的影響可能會受到調節性月經周期效應的影響。

女性每分鐘往往比男性多0.16個睡眠紡錘波（即一個小時內大約多9-10個）。女性在情節、情感和空間記憶以及氣味、面部和圖片識別方面的優勢已被發現。這些差異被認為是由于荷爾蒙的影響，尤其是雌激素的影響。女性性激素雌激素主要影響性成熟和生殖，但也被發現促進其他大腦功能，包括認知和記憶。在女性得分高于男性的口頭任務中，女性在黃體中期得分更高，此時女性的雌激素水平高于月經期。最近的一項研究發現，認知回路中局部大腦雌激素的產生可能對記憶的獲得和鞏固很重要。最近關于雌激素與離線記憶鞏固過程之間關系的實驗也集中在睡眠紡錘波上。Genzel及其同事確定，月經對陳述和運動表現有影響，這意味著處于黃體中期（高雌激素）的女性比其他女性參與者表現得更好。處于黃體期的女性也是xxx在學習后經歷紡錘體增加的參與者，這導致了月經周期的影響可能由紡錘體和女性荷爾蒙介導的結論。