一、神经系统发育
神经系统的形成包括神经元命运决定、形态发生、突触形成与修剪等重要过程。本方向主要研究遗传与环境因素对上述过程的调控作用，揭示神经系统发育的分子机制。在神经元命运决定方面，研究神经干/前体细胞的生长行为、以及胶质细胞转分化成不同类型神经元的机制等；在大脑皮层发育与环路形成方面，研究轴突生长导向、树突形态发生、突触形成与修剪、以及感觉经验对功能性神经环路建立的调控作用；在神经系统调制机理方面，研究神经递质表型决定的调控机理，以及离子通道在生长发育、衰老等过程中的调控机制。通过对神经环路形成及其可塑性的深入研究，促进对发育性神经系统疾病的致病机制的认识，为新的药物和治疗手段的研发提供理论基础。
二、神经信息处理
大脑对外/内界信息的感知和处理是动物生存的前提之一。各种感觉信息通过感觉系统接收、传递和处理，在特定脑区整合，从而产生适应性的行为输出。本研究方向采用多种模式动物，从突触、神经元、神经环路等不同水平上研究感知与行为的神经机理，主要研究方向包括：1）视觉、嗅觉、味觉、听觉、痒觉、躯体感觉等感觉系统信息加工和整合的机制；2）神经环路结构与功能的可塑性、及其在神经信息处理中的作用；3）学习/记忆、抉择、模式识别、本能行为的神经机制以及神经调质系统的功能。
三、神经疾病机理
学习记忆的损伤是人类神经系统疾病的重要特征之一，包括智力发育障碍、神经退行性疾病、中风和癫痫等。现有研究观察到中风和癫痫均存在谷氨酸介导的突触传递的过度激活的现象，同时谷氨酸的神经兴奋毒作用可导致神经元突触可塑性改变，并最终影响大脑的记忆功能。我们主要研究异常发育疾病过程中的突触可塑性；以癫痫、中风为模型，研究谷氨酸突触传递的过度激活的调控机制；用现代分子生物学方法解析慢性痛的神经元、环路机理；着重开展对AD机理和防治策略的研究。利用电生理，光遗传学和细胞分子生物学等多层面研究手段，研究异常情绪（如抑郁症）的神经环路及分子机理。
