การหลงสภาพการบิน คือ อาการที่บุคคลนั้นรับรู้ถึงตำแหน่งที่อยู่ท่าทางการทรงตัวในการบินและการเคลื่อนที่ของอากาศยานที่ตนบังคับอยู่ในลักษณะที่สัมพันธ์กับแนวขอบฟ้า (Horizontal Line) ผิดพลาดไปจากที่เป็นอยู่จริง จากข้อมูลหลักฐานและการวิเคราะห์หาสาเหตุของอากาศยานอุบัติเหตุพบว่า การหลงสภาพการบินมีส่วนชักนำหรือเกี่ยวข้องกับอากาศยานอุบัติเหตุถึงกว่าร้อยละ ๗๕ ซึ่งอุบัติเหตุดังกล่าวมักเป็นอุบัติเหตุใหญ่ที่ทำให้สูญเสียชีวิตหรือสูญเสียทรัพย์สินจำนวนมาก ดังนั้นการหลงสภาพการบินจึงเป็นประเด็นที่จะต้องให้ความสนใจเป็นอย่างยิ่งในแง่ของสรีรวิทยาการบิน
มนุษย์มีอวัยวะที่ใช้สำหรับรู้การทรงตัว ดังนี้ คือ
๑. ตา (Eyes)
ใช้หลักการมองเห็นภาพแล้วนำไปเปรียบเทียบอ้างอิงกับสิ่งแวดล้อม (Visual References) เช่น พื้นดิน พื้นน้ำ ภูเขา ต้นไม้ แล้วนำมากำหนดรับรู้สภาพของการทรงตัวหรือการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นตามความเคยชินหรือการเรียนรู้ มนุษย์ใช้ตาในการกำหนดรับรู้การทรงตัวถึงกว่าร้อยละ ๘๐ ของความสามารถในการรับรู้การทรงตัวทั้งหมด
๒. กล้ามเนื้อและเอ็น (Proprioceptors)
ใช้แรงกด (Pressure) และแรงดึง (Tension) ที่เกิดขึ้นกับร่างกายส่วนต่าง ๆ โดยความรู้สึกจากปลายประสาทที่อยู่บริเวณดังกล่าวจะส่งข้อมูลไปยังสมองให้รับรู้การทรงตัว เช่น ท่านั่งจะรู้สึกถึงแรงกดที่มีมากบริเวณก้น หากกำลังจะล้มลงทางข้างขวาจะรู้สึกตึงที่ขาข้างขวามากกว่าขาซ้าย เป็นต้น ความรู้สึกจากอวัยวะดังกล่าวถือเป็นความรู้สึกที่เชื่อถือได้น้อยที่สุดในด้านการบิน
๓. อวัยวะรับรู้การทรงตัวในหูชั้นใน (Vestibular Organs)
ประกอบด้วยอวัยวะสองส่วน คือ เซมิเซอคูลาร์ แคแนลล์ (Semicircular Canals) และโอโตลิท ออร์แกนส์ (Otolith Organs) ทั้งข้างซ้ายและขวาอวัยวะดังกล่าวมีลักษณะเป็นขนอ่อนลอยชูชันอยู่ในของเหลว (Endolymph) ขนนี้จะเคลื่อนไหวเปลี่ยนทิศทางเมื่อมีอัตราเร่ง (Acceleration) เกิดขึ้นหรือเมื่อมีการลดอัตราเร่งลง (Deceleration) โดยอาศัยการพัดพาของของเหลวที่ไหลไปมาทั้งนี้เซมิเซอคูลาร์ แคแนลล์ จะรับรู้การทรงตัวในแนวแรงอัตราเร่งที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงความเร็วและทิศทาง (Angular Acceleration) ส่วนโอโตลิท ออร์แกนส์ จะรับรู้การทรงตัวในแนวแรงอัตราเร่งที่เป็นเส้นตรง (Linear Acceleration) ความรู้สึกที่เกิดขึ้นจากอวัยวะรับรู้การทรงตัวในหูชั้นใน มักจะทำให้เกิดการหลงสภาพการบินได้ง่ายหากอวัยวะรับรู้การทรงตัวอย่างอื่นทำหน้าที่ได้ไม่เต็มที่โดยเฉพาะการมองเห็น เช่น ในเวลากลางคืนหรืออยู่ในเมฆฝนที่ทำให้สภาพอากาศมืดมัว เป็นต้น
ประการที่สำคัญ ได้แก่
๑.๑ ปรากฏการณ์ออโตไคเนติก (Auto kinetic Phenomina)
เกิดขึ้นเนื่องจากการจ้องมองดวงไฟในที่มืดสลัวหรือในเวลากลางคืนอยู่เป็นเวลานานทำให้กล้ามเนื้อนัยน์ตาเกิดอาการล้า นัยน์ตาจึงกลอกไปมาโดยไม่รู้สึกตัวจึงสำคัญผิดว่าดวงไฟเคลื่อนที่ไปมาได้ ปรากฏการณ์เช่นนี้เกิดอันตรายขึ้นได้ในกรณีที่นักบินทำการบินตามการเคลื่อนที่ของดวงไฟนั้นจนเกิดการชนกันขึ้นเพราะกำหนดตำแหน่งดวงไฟผิดพลาดจากความเป็นจริง
๑.๒ ขอบฟ้าหลอน (False Horizons)
ในขณะที่ทำการบินโดยไม่เห็นเส้นขอบฟ้าหากนักบินบินตามแนวเมฆหรือแนวแสงไฟที่พื้นจะทำให้สำคัญผิดว่าเป็นเส้นขอบฟ้าได้ทำให้เครื่องบินเอียงไปโดยไม่รู้สึกตัว
๑.๓ ภาพลวงตาในการกะระยะความลึก (Depth Perception Illusion)
การบินในเวลากลางคืน บินเหนือพื้นน้ำ บินในเมฆหมอกหนา หรือสภาพสนามบิน ที่แตกต่างออกไปจากที่คุ้นเคย เช่น ความกว้างของทางวิ่งไม่เท่ากัน ความสูงต่ำรอบทางวิ่งแตกต่างกัน ตลอดจนสภาพอาคาร ต้นไม้ อุปกรณ์อำนวยความสะดวกภาคพื้นที่แตกต่างกันออกไป ภาวะเหล่านี้ทำให้การอ้างอิงทางสายตา (Visual References) ผิดเพี้ยนไปจึงมีการรับรู้ทางลึก (Depth Perception) ผิดพลาดได้ง่ายและเป็นอันตรายในการบินหมู่หลายเครื่องหรือบินขึ้นลงสนามบิน
ประการที่ สำคัญ ได้แก่
๒.๑ ภาวะลีนส์ (Leans)
โดยปกติแล้วหากการเอียงของเครื่องบินเปลี่ยนแปลงไปในอัตราที่น้อยกว่า ๒ องศา/วินาทีแล้ว นักบินจะไม่สามารถรับรู้การเปลี่ยนแปลงนั้นได้ ดังนั้นเครื่องบินจึงอาจจะค่อย ๆ เอียงไปจนเกิดอันตรายได้ หากนักบินทำการแก้ไขอาการเอียงด้วยความรุนแรงจะเกิดความรู้สึกว่าเครื่องบินเอียงไปอีกด้านหนึ่งอย่างมากทั้งที่ความจริงแล้วเครื่องบินกำลังเข้าสู่แนวระดับ ดังนั้นนักบินจึงทำการแก้ไขให้เครื่องบินกลับเข้าสู่การเอียงด้านเดิมอีกครั้งหนึ่งและเกิดอาการสับสนขึ้น
๒.๒ ภาวะเกรปยาร์ด สปีน (Graveyard Spin)
ขณะที่เครื่องบินมีอาการควงสว่านนั้น ในระยะแรกนักบินจะรู้สึกได้แต่ครั้นอาการควงสว่านคงที่อยู่ต่อไปของเหลว (Endolymph) ในเซมิเซอคูลาร์ แคแนลล์ จะหยุดเคลื่อนที่ทำให้ขนอ่อนหยุดการเคลื่อนไหวไปด้วย นักบินจึงเข้าใจว่าเครื่องบินหยุดควงสว่านทั้ง ๆ ที่เครื่องบินยังมีอาการควงสว่านอยู่ต่อไป หากนักบินแก้อาการควงสว่านไปในทิศทางตรงกันข้ามเพื่อให้เครื่องบินกลับสู่แนวระดับ จะทำให้ขนอ่อนถูกพัดพาไปอีกข้างหนึ่ง นักบินจึงเข้าใจว่าเครื่องบินเข้าอาการควงสว่านในทิศทางที่ตรงกันข้ามกับครั้งแรก ดังนั้นในกรณีที่นักบินเกิดอาการสับสนก็จะบังคับเครื่องบินกลับไปอีกด้านหนึ่งซึ่งก็ คือ การกลับเข้าสู่อาการควงสว่านในทิศทางเดิมนั่นเองจนกระทั่งเครื่องบินชนพื้นในที่สุด
๒.๓ ภาวะโคริโอลิส (Coriolis Effects)
เกิดขึ้นจากการที่เซมิเซอคูลาร์ แคแนลส์ ถูกกระตุ้นพร้อม ๆ กันในหลายทิศทาง ทำให้การแปลผลในสมองเกิดการสับสนขึ้น เช่น ในกรณีที่เครื่องบินอยู่ในท่าทางการเอียง ควงสว่าน ดำลงทิ้งระเบิด ดึงเครื่องไต่ระดับ หรือเลี้ยว หากนักบินเคลื่อนไหวศีรษะด้วยความรุนแรง เช่น หันกลับไปมองทางด้านหลังหรือก้มหน้าลงไปดูเครื่องวัดต่าง ๆ บนหน้าปัด การกระทำดังกล่าวจะมีผลไปกระตุ้นประสาทรับรู้การทรงตัวในหลาย ๆ ทิศทางพร้อม ๆ กัน จึงทำให้สมองเกิดอาการงุนงงจนไม่รู้สภาพการทรงตัวที่แท้จริง ในขณะนั้น
๒.๔ ภาวะความรู้สึกเงยหลอน (Oculogravic Illusion)
เกิดขึ้นในขณะที่เครื่องบินเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยอัตราเร่งจะมีผลทำให้โอโตลิททิค เม็มเบรน (Otolithic Membrane) ซึ่งอยู่บนโอโตลิท ออร์แกนส์ เคลื่อนที่ไปทางด้านหลังและจะพัดพาเอาขนอ่อนไปทางด้านหลังด้วยอาการที่ขนอ่อนถูกพัดไปทางด้านหลังนี้เหมือนกันกับการที่เงยศีรษะขึ้น ดังนั้นนักบินจึงเกิดความรู้สึกว่าขณะนั้นเครื่องบินมีอาการเงยหัวขึ้น ถ้าหากสิ่งอ้างอิงทางสายตา (Visual References) ไม่ดีพอ นักบินก็จะแก้ไขโดยการบังคับให้เครื่องบินกดหัวลงซึ่งอาจจะทำให้เครื่องบินชนพื้นได้