Лаборатория организована в 1960 г. проф. Н. А. Рокотовой. Научное направление работы в первые годы определялось задачей исследовать влияние длительного ограничения двигательной активности на функционирование организма. В качестве объекта изучения использовались обезьяны. На основании проведенных исследований был сделан важный для зарождавшейся в то время космической физиологии вывод о том, что длительное ограничение двигательной активности не вызывает существенных нарушений в функционировании основных систем организма. Впоследствии в центр научных интересов лаборатории была поставлена проблема изучения пространственно-временной организации движений человека. Изучались следящие движения человека, деятельность человека-оператора за пультом управления, прицельные движения рукой. Существенным теоретическим достижением работы этого периода явилось формирование представлений о принципе работы мозга как системы, управляющей собственными исполнительными устройствами и управляемой через сенсорные входы.

В 1977–1995 гг. лабораторию возглавлял проф. Ю.Т. Шапков. В этот период осуществлялась разработка проблемы сенсорного обеспечения движений. Изучалось соотношение механизмов программного управления движениями и механизмов сенсорных коррекций. Проводились исследования центральных механизмов переработки проприоцептивной информации и организации моторных команд, роли кинестезического образа в регуляции временных, пространственных и силовых характеристик движения. Достижения лаборатории в этот период связаны с систематическим исследованием постактивационной потенциации мышечного сокращения, разработкой новой классификации мышечных рецепторов, выдвижением новой научной концепции о различной роли сигналов проприоцептивной обратной связи в регуляции разучиваемых и выученных движений.

С 1995 г. руководителем лаборатории является д.б.н. Ю. П. Герасименко. Современное направление работы лаборатории связано с изучением адаптивных механизмов спинного мозга в моторном контроле движений. В клинических исследованиях на больных с повреждением спинного мозга экспериментально доказано, что у человека, как и у других млекопитающих, в спинном мозге существуют генераторы шагательных движений – нейронные сети, продуцирующие координированную двигательную активность. Установлены рефлекторные механизмы, специфичные для сгибательных и разгибательных мышц при формировании шагательных движений, вызываемых электрическим раздражением спинного мозга. Сформулированы условия инициации активности шагательных генераторов и предложена научно-обоснованная концепция реабилитации больных с повреждением спинного мозга. В настоящее время изучаются закономерности управления шагательными генераторами посредством эпидуральной стимуляции спинного мозга в сочетании с периферической стимуляцией проприорецепторов ног.

В острых экспериментах на децеребрированных и спинализированных кошках изучаются рефлекторные и внутрицентральные механизмы, обусловливающие возникновение локомоторной активности при эпидуральной стимуляции спинного мозга. Показано, что шагательный генератор можно активировать двумя способами: через спино-бульбо-спинальную петлю, стимулируя проприоспинальную систему, и через дорсальные корешки и дорсолатеральные канатики, воздействуя эпидуральной стимуляцией на ростральные сегменты поясничного утолщения.

В хронических экспериментах на спинализированных кошках и крысах получены доказательства возможности управления структурно-функциональными перестройками в «изолированном» спинном мозге посредством эпидуральной стимуляции и регулярной тренировки на тредбане. Такое сочетанное воздействие значительно быстрее восстанавливает двигательную функцию спинного мозга.

В морфофункциональных исследованиях показано, что мотонейроны изолированного участка спинного мозга крыс, регулярно тренировавшихся на тредбане, остаются жизнеспособными в отличие от мотонейронов не тренировавшихся спинализированных животных.

В рамках исследования механизмов постуральных реакций, направленных на поддержание вертикального положения, проводится изучение влияния прослеживающих движений глаз и звуковых стимулов различной локализации на поддержание равновесия. Показано, что прослеживающие движения глаз вызывают уменьшение корреляционной связи между колебаниями тазобедренного сустава и центра давления, а решение задачи локализации источника звука приводит к уменьшению размаха колебаний центра давления и сдвигу его влево и вперед независимо от положения источника звука. Моделирование процессов поддержания равновесия при спокойной стойке показало, что системы стабилизации фронтальной и сагиттальной плоскостей имеют одинаковую структуру законов управления. Полученные данные подтверждают предположение о том, что причиной колебаний траектории центра масс являются не случайные внутренние воздействия, а динамическая устойчивость траектории этих колебаний, которая реализуется на основе нелинейных законов управления.

Таким образом, в настоящее время научные интересы лаборатории связаны с изучением спинальных механизмов регуляции локомоции и межсенсорных взаимодействий, обеспечивающих поддержание вертикальной позы.