— разработка математических моделей регуляции физиологических процессов и систем организма человека; апробирование новых способов, диагностики, коррекции и реабилитации сенсорных, когнитивных и поведенческих дисфункций на основе информационных технологий;
— внедрение в медицинскую и педагогическую практику сертифицированных способов диагностики и коррекции нарушений двигательного поведения, слухоречевого восприятия и письменной речи, восстановления функций обучения и памяти; разработка основных механизмов и алгоритмов работы нейронных сетей, обеспечивающих переработку сенсорной информации, принятие решений и организацию двигательного ответа в реальной и в виртуальной среде, в нормальных и экстремальных условиях;
— установление принципов взаимодействия слуховой, зрительной, обонятельной, вестибулярной и двигательной систем, определяющих адекватное поведение, а также позволяющих осуществить реконструкцию многоуровневого взаимодействия физиологических процессов от молекулярных до целостного поведения;
— развитие новой методологии управления поведением человека при патологических состояниях мозга и пароксизмах его деятельности на основе совершенствования действующих моделей сенсорных систем и методов оптимального осознанного и неосознанного ввода сенсорной информации;
— получение данных о молекулярных механизмах синаптической передачи и ее регуляции у представителей позвоночных и беспозвоночных животных;
— выявление эволюционных закономерностей формирования механизмов межнейронного взаимодействия и его регуляции; получение данных о структурно-функциональной организации и эволюции нервной системы и исследования механизмов развития патологических процессов при нейродегенеративных заболеваниях;
— сравнительные исследования механизмов сенсорного восприятия, кодирования сенсорных сигналов, механизмов ориентации организмов в пространстве;
— исследование роли биологически значимых сигналов в организации поведения;
— создание препаратов, избирательно блокирующих синаптическую передачу в клетках мозга, разработка эффективных и пригодных для клинического применения избирательных антагонистов глутаматных рецепторов;
— исследование процессов в мозгу при обеспечении высших психических функций человека (внимания, речи, памяти, эмоций, мышления и т.п.), топографической и функциональной организации головного мозга человека, его базовых механизмов — детектор ошибок;
— исследование нейрофизиологических механизмов обеспечения творческой деятельности, создание классификации типов и видов ментального внимания;
— исследование нейрофизиологических механизмов когнитивного контроля;
— изучение функциональной организации мозга в состоянии оперативного покоя (дефолтной моды мозга) в здоровом и больном мозге;
— изучение различий механизмов осознанных и бессознательных высших психических функций;
— исследование центральных механизмов интегративной активности системы управления движениями человека для оценки специфичности вклада обоих полушарий мозга в формирование моторной функции;
— исследование психологических резервов активного долголетия и их генетических коррелят;
— исследования психофизиологии и нейрофизиологии функциональных состояний, сверхмедленных информационно-управляющих систем головного мозга, познавательной деятельности и приспособительного поведения, мозговых механизмов вербальной обучаемости;
— разработка инновационных способов диагностики и схем коррекции при задержке психомоторного развития разного генеза и психосоматических заболеваниях;
— исследование физиологических механизмов навязчивых состояний, выявление ведущей при этой патологии структуры лимбической системы, разработка наиболее эффективных методов лечебного воздействия;
— выявление особенностей физиологических параметров состояний головного мозга, связанных со снижением мозговой активности различного генеза под влиянием длительного воздействия инфекционно-аллергического и иммунного характера; изучение механизмов развития патологических процессов демиелинизации в центральной нервной системе, приводящих к двигательным и когнитивным нарушениям;