在航天飞行中航天员需要面对各种不同于地面的环境干扰因素，如失重、辐射、真空、噪音等。其中，对人体影响最大的因素就是失重。由于航天飞行具有时间紧、任务重等特点，难以在飞行期间进行大量的人体实验，因此科研人员多采用在地面模拟的方法来探究航天飞行环境对航天员的影响。研究证实，头低位（Head-down tilt，HDT）卧床模拟失重模型因其能够有效地模拟失重环境引起的人体体液重新分布的失重生理效应，成为国际公认的人体实验模型。良好的空间能力是航天员维持恰当的飞行状态，进行空间定向的基础。心理旋转测验一直被视为是测量空间视觉化能力的代表性测验，并且可以有效的预测个体的空间视觉能力。尽管目前在失重条件下对个体心理旋转能力的变化已有一些研究，但是这些研究均是基于行为学的研究，研究方法的差异也导致研究结果缺乏一致性，难以揭示其背后的认知神经机制。随着脑功能研究技术的日趋成熟，使得探讨心理旋转的脑机制成为可能。为此，本研究从认知神经科学的角度出发，采用头低位卧床模型模拟失重生理效应，运用事件相关电位（Event-Related Pontential，ERP）技术，探讨模拟失重条件下个体心理旋转能力的变化及神经机制。16名健康被试自愿参加72小时HDT实验，分别在HDT前1天（HDT/0D）和连续HDT3天（HDT/1D，HDT/2D，HDT/3D）完成以客体字母“F”和主体“手型”图片为刺激的心理旋转测验，对行为数据和ERP数据进行比较分析。主要结果：1.当以字母“F”为表象刺激研究心理旋转时，刺激图片的旋转角度与反应时间存在显著的线性关系，从HDT/0D到HDT/3D间，心理旋转时间随角度变化的线性拟合截距未达到统计学差异水平（F（3，45）=1.216，P=0.309），拟合斜率亦未达到统计学差异水平（F（3，45）=0.235，P=0.817）。ERP结果表明，旋转角度的主效应显著（F（3，45）=44.478，P<0.001），4个角度间的平均波幅差异显著；HDT时间因素的主效应显著（F（3，45）=6.585，P=0.004），HDT/0D与HDT/1D间平均波幅的差异显著，其他时间点间统计无差异；电极点的主效应显著（F（2，30）=7.771，P=0.003），Pz点的平均波幅显著大于P3点，但P4点与Pz点和P3点均无差异。2.当以“手型”图片为表象刺激研究心理旋转时，刺激图片的旋转角度与反应时间存在显著的线性关系，从HDT/0D到HDT/3D间，心理旋转时间随角度变化的线性拟合截距未达到统计学差异水平（F（3，14）=0.551，P=0.650）；拟合斜率差异显著（F（3，14）=4.338，P=0.009），HDT/0D显著低于HDT/1D和HDT/2D。ERP结果表明，旋转角度的主效应显著（F（3，45）=43.482，P<0.001），4个角度间的平均波幅差异显著；HDT时间因素的主效应显著（F（3，45）=8.284，P=0.003），HDT/1D与HDT/0D、HDT/2D间平均波幅的差异显著，其他时间点间统计无差异；电极点的主效应显著（F（2，30）=6.928，P=0.007），P3点的平均波幅显著小于Pz点和P4点，Pz点和P4点均无差异。主要结论：模拟失重并未改变个体心理旋转进程，旋转角度越大所需要的反应时越长，所需要的认知资源也越多。但是，模拟失重状态的持续时间显著影响了个体心理旋转的能力。HDT后，个体心理旋转能力呈现先下降后恢复的现象。整体上来说，无论是基础反应时、旋转反应时还是平均波幅，均呈现倒“U”型变化趋势，提示脑功能存在失重生理效应作用下的自适应变化。失重生理效应对主体心理旋转的影响大于客体心理旋转。客体心理旋转和主体心理旋转均呈现右脑优势，后者右半球优势更明显。