主要的研究方向在于运用数学和大规模科学计算的方法去模拟、数值仿真、分析神经生物学中神经元网络的动力学特性，通过数学分析了解哺乳动物皮层的生物功能是如何在神经元网络各组分之间的相互作用中产生的。在神经生物学领域中最有意义的贡献是揭示了神经元网络动力学和网络结构之间的可能联系，而此联系已有神经生理学上的实验证据。并且通过模拟哺乳动物视皮层的大规模神经元网络，利用数学方法找到了一个可能的分岔结构确定了一个视皮层动力学上的运行点，从而发现了哺乳动物视觉朝向选择性的一个新机制。回国之后，课题组已经 (1) 利用数据时空分解方法研究大规模神经元网络的动力学性质并进行数据驱动式降维; (2) 应用数学降维方法，开拓分析光学成像数据的技术，发展预测神经元功能网络和功能连通性(functional connectivity)的算法，(3) 开展同时具有高空间分辨率和高时间分辨率的光学成像技术，研发线虫行为及其神经环路同步成像的光学成像系统。
