​Les recherches de l’institut s’articulent selon deux axes :

• Un axe méthodologique qui inclut la physique de l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM), l’optimisation de l’acquisition et du traitement des données pour la Tomographie par Emission de Positons (TEP), le traitement d’images et la mise au point des architectures logicielles associées (brainvisa entre autres) pour différentes modalités d’imagerie (TEP et IRM), le développement des traceurs pour l’imagerie TEP et l’imagerie multimodalités TEP – IRM - optique.
• Un axe de recherches préclinique et clinique dans le domaine des neurosciences, des maladies métaboliques, des maladies cardiaques et des cancers.

L’axe de recherche méthodologique et technologique comprend :

• Des développements méthodologiques/instrumentaux pour l’IRM à ultra-haut champ magnétique (séquences d’acquisition adaptées aux ultra-hauts champs magnétiques, antennes d’impulsions radiofréquences pour l'IRM, transmission parallèle…),
• Le développement d'algorithmes de reconstruction d'images en TEP,
• Des méthodes de traitement d'imagerie de multiples modalités d’imagerie et la mise en place des architectures informatiques associées incluses dans le logiciel brainVisa,
• L’analyse de données de multiples origines (données biologiques, génétiques et d’imagerie), des données de multiples échelles spatiales et la mise en place des architectures informatiques associées,
• Le développement et/ou l’évaluation d'agents d'imagerie pour les méthodes d’imagerie exploitées (TEP, IRM, optique),
• La mise au point de protocoles d’imagerie pour le diagnostic précoce, l'évaluation des traitements.

​Les applications biomédicales des développements réalisés incluent

• L’exploration des fonctions cognitives chez l’Homme à partir d’approches de neuropsychologie et d’imagerie chez l’enfant comme l’adulte, au cours du développement et du vieillissement normal ou pathologique,
• L’apport de l’imagerie à la compréhension des mécanismes biologiques associés à l’apparition et le développement de différentes maladies humaines, comme les maladies neurodégénératives ou certains cancers. La mise au point de modèles animaux, chez le rongeur et le primate infra humain, mimant des maladies neurodégénératives (maladies de Parkinson, de Huntington, d’Alzheimer) permet de valider des biomarqueurs d'imagerie d’intérêt ainsi que des protocoles thérapeutiques en vue de leur développement chez l’Homme.
• La mise au point de protocoles d’imagerie pour le diagnostic précoce, l'évaluation de l’efficacité des traitements.

Un autre champ de développement majeur est celui du développement cérébral et des mécanismes d’apprentissage des fonctions supérieures comme la parole, la lecture, le calcul,…L’imagerie couplée à la neuropsychologie et à la génétique permet de mieux identifier les régions du cerveau et les connections impliquées dans ces fonctions supérieures, les stratégies d’adaptation. Ces résultats peuvent contribuer à la définition de nouvelles méthodes d’apprentissage. L’imagerie a permis ces dernières années de montrer que certaines formes d’affections psychiatriques de l’enfant et de l’adolescent comme l’autisme ou la schizophrénie s’accompagnaient d’altérations anatomiques tant au niveau des neurones que des connections entre régions cérébrales.

Les domaines d'intérêt se concentrent sur la neurologie (épilepsie de l'enfant et de l'adulte, maladie de Parkinson, maladie d'Alzheimer, accidents vasculaires cérébraux, tumeurs cérébrales), la psychiatrie (troubles bipolaires, schizophrénie, les addictions), la cardiologie, les cancers et les maladies métaboliques telles que le diabète.