大脑在结构和功能上横跨分子—细胞（神经元）—神经元网络—功能神经环路等多个层次。

因此，实验室在科研布局上，以跨层次的系统性、整合性脑科学研究为指导思想，综合布局以下研究方向：

1) 认知障碍与调控，分子水平脑研究。

通过构建脑功能基因模式动物，着重阐明了一些脑疾病相关基因的生理功能及病理机制，推进了精神分裂症等相关脑疾病的分子机理研究。

2) 感知觉信息处理与可塑性，局部神经网络脑研究。

研发了国内领先的多通道在体记录技术，并运用这一技术，揭示了海马神经网络的活动调控机制。此外，在皮层神经网络多感觉信息编码规律的研究中，也取得了国际研究领域的重要结果。

3) 学习与记忆的心理过程和神经机制，整体神经环路脑研究。

发现听知觉训练可诱导出成年动物听皮层的可塑性变化；并进一步证实，针对这种可塑性变化的知觉训练，有助逆转自闭症相关的感知觉及认知障碍。研究成果在国际领域中形成了重要影响力。

4) 语言的神经机制及语言发展，语言（人类特有高级脑功能）的脑研究。

通过研究语言的时序性、脑偏侧性，以及通过比较人与非人灵长类脑结构异同，探索了人类语言的产生、进化和发展；并研究了与语言相关的脑高级功能的神经机制。初步研究结果获得了国际同行的充分肯定。