方向一：认知功能的分子调控、神经编码及脑网络动态连接机制

在微观尺度，采用电生理和基因工程等技术，研究神经元中突触的成熟度、可塑性和连接性在特定认知活动下的结构及功能机制，并检测相关分子信号通路和生化药理调控；在介观尺度，采用神经活动在体实时动态成像和功能神经元特异性标记等技术，标记参与特定认知功能的神经元及相关脑区，描绘特定智能活动形成的脑区间突触投射及神经环路，阐明认知过程中的参与脑区之间的相互关系和信息处理机制；在宏观尺度，建立特定的动物行为的生理及病理模型，研究在感觉、知觉、注意、动机，到决策判断、学习记忆、情绪情感、思维意识等行为中神经元集群的编码模式，对大脑的认知过程原理进行阐释。

方向二：基于脑工作原理的智能计算及类脑仿真

基于对脑的认知过程及神经网络的结构和功能的深入理解，让计算机或智能体通过模拟和仿真脑的工作机制，进行智能计算系统的设计和开发，以实现类似生物体的智能行为和认知能力。通过集成突触、神经元、神经环路等多尺度的数据，构建计算模型来模拟脑网络的结构和活动，研究在信息传递和处理的过程中的神经决策机制；利用视觉感知、声学技术、多模态感知等感知智能技术，以及大数据智能、自然语言理解、自主无人系统等认知智能技术，进行情绪识别、模式识别、认知功能模拟、自主学习等智能算法的开发，并通过与真实环境交互来评估系统的性能及能力，建立机制类脑、行为类人的新型计算模式与智能形态。

方向三：神经与精神疾病的病理机制及其调控治疗

研究疼痛、脑血管病、认知障碍、多动症、自闭症、抑郁症等神经与精神疾病的病理机制，通过使用认知心理学、神经影像学、神经电生理、分子生物学和遗传学等技术，我们将探索疾病发展的基本原理，包括神经元活动的异常、神经网络连接的改变以及脑区功能的异常等，以及这些病理机制与认知功能异常之间的关系，包括情绪情感、注意力、记忆力决策能力等功能出现障碍时的神经机制。基于对病理机制的深入理解，我们将探索和开发调控治疗方法，例如以虚拟现实系统为基础的认知行为疗法、以脑机融合为基础的神经调控疗法、以分子靶点为基础的个体化治疗策略等，为脑疾病的治疗提供新途径。