主要研究领域是视觉信息处理的神经机制及其数学模拟。先后在德国马克斯－普朗克生物物理化学研究所、美国普林斯顿大学、比利时鲁文基督大学、加拿大麦基尔大学、日本九州工学院、和法国国家科学研究中心从事视觉中枢研究。在国内、外刊物上发表了一系列研究论文，系统地揭示了在视网膜、外膝体和视皮层各级神经元的感受野外面，都存在着一个面积比感受野大几十倍的“整合野”（非传统感受野）；详细地研究了各级整合野的时-空结构及其在复杂图像信息处理中的重要作用。在此基础上，提出了感受野“三重结构”的理论，该理论已被应用于神经网络和人工智能等研究领域。获国家自然科学二等奖（1997年）和何梁何利科学与技术进步奖（2000年）。