脳生理研究室の歴史は古く、1949年4月に、稲永和豊が自作の脳波増幅器で脳波記録を始めたのが研究室の始まりとされる。その後、稲永と中尾弘之を中心に、脳波や情動の研究で数多くの業績を上げ、一流の精神科医・研究者を全国に輩出してきた。2003年、神庭教授就任後、ハーバード大学で研鑽を積んだ鬼塚俊明がチーフとなり、統合失調症と双極性障害の病態を解明すべく、脳波・脳磁図（電気生理）やMRI（脳画像）、認知機能（心理検査）を用いた研究を立ち上げ、特に同疾患の神経同期異常の解明においては、世界レベルの成果を上げてきた（ex. J Neurosci 2008, JAMA Psychiatry 2015）。
研究は学内に留まらず、東京大学精神科、慶応大学精神科、京都大学情報学研究科、国際電気通信基礎技術研究所、国立精神・神経医療研究センター、肥前精神医療センター、東京大学生産技術研究所等との、多岐に渡る共同研究を進めている。さらに、学振の戦略的海外派遣プログラムを終えボストンから帰国した、平野羊嗣と平野昭吾、織部直弥らが中心となり、ハーバード大学精神科との国際共同研究を継続しており、統合失調症の発症やその進行に関わるバイオマーカーを同定し、世界的にも注目されている（ex. JAMA Psychiatry 2015, Schizophr Bull 2014, Biol Psychiatry CNNI 2018, Schizophr Res 2019, Clin EEG Neurosci 2020）。
当研究室は、常に脳の現象を視覚化することで精神病の病態を捉え、臨床応用を含めた橋渡し研究を目指している。