Die wissenschaftlichen Arbeiten im Institut für Medizin konzentrieren sich auf die Analyse der neuronalen Mechanismen im gesunden und erkrankten menschlichen Gehirn, die den motorischen, sensorischen und kognitiven Leistungen bzw. deren Dysfunktionen zugrunde liegen. Ziel der Untersuchungen von der Einzelzell- bis zur Systemebene sind neue Erkenntnisse im Bereich der neurowissenschaftlichen Grundlagenforschung (Schwerpunkt "cognitive neuroscience") und der Pathogenese, Diagnostik und Therapie von Hirnerkrankungen, v.a. Epilepsie, Bewegungsstörungen, hepatische Enzephalopathie, psychiatrische Störungen und Hirntumoren. Hierzu werden bildgebende und elektrophysiologische Verfahren der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), der Single-Photonen-Emissions-Tomographie (SPECT), der Magnet-Enzephalographie (MEG) und der strukturellen sowie funktionellen Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT, fMRI) eingesetzt und methodisch weiterentwickelt.

Bei Tracerstudien an Menschen, an nicht-menschlichen Primaten, Nagern und Zellkulturen werden neben den etablierten Radioliganden auch bisher nicht verfügbare zum Nachweis glutamaterger, GABAerger, serotoninerger, dopaminerger und cholinerger Erregungsübertragung, sowie von Stoffwechselaktivitäten, in enger Zusammenarbeit mit dem Institut für Nuklearchemie (INC) des FZ Jülich evaluiert. Abgerundet wird der experimentelle Ansatz durch die Erfassung neuronaler Grundlagen der Synchronisations-, Oszillations- und Bindingphänomeme im MEG und EEG sowie die Entwicklung von bedarfsgesteuerten Stimulationstechniken zur Tremorbehandlung von Patienten mit Morbus Parkinson mittels cerebraler Tiefenelektroden.

Diese Arbeiten werden durch einen methodischen Schwerpunkt ergänzt, in dem neue Techniken der funktionellen Bildgebung und die integrierte Darstellung von multimodalen funktionellen, strukturellen und biochemischen Bilddaten in Zusammenarbeit mit dem Zentrallabor für Elektronik (ZEL) und dem Zentralinstitut für Angewandte Mathematik (ZAM) entwickelt werden.