Систематические исследования физиологии слуха начались в Институте с 1936 г. под руководством проф. Г. В. Гершуни (с 1964 г. – член-корр. АН СССР) в организованной им лаборатории физиологии органов чувств.
В 1930-е годы был описан «электрофонический эффект»: электрическое раздражение улитки внутреннего уха вызывает слуховое ощущение. Эти работы на несколько десятилетий опередили исследования по электродному протезированию слуха.
В электрофизиологических исследованиях слуховой системы впервые в мире зарегистрированы микрофонные потенциалы улитки человека и получены развернутые данные о суммарных электрических реакциях различных отделов слуховой системы.
В годы Великой Отечественной войны исследования, носившие преимущественно прикладной характер, были направлены главным образом на изучение слуховой и локализационной функций при огнестрельных поражениях мозга и воздушных контузиях. Дальнейшее развитие этих исследований позволило сформулировать понятие об объективно регистрируемых реакциях, возникающих ниже порога слышимости (субсенсорные реакции). В 1949 г. цикл работ Г. В. Гершуни по субсенсорному восприятию был удостоен премии им. И. П. Павлова АН СССР. В 1950-е годы использование набора объективных реакций человека для тестирования слуховой функции легло в основу так называемой объективной аудиометрии. В этот же период для изучения слуховой системы широко использовались электрофизиологические методы (вызванные потенциалы, регистрация активности одиночных нейронов), что позволило подробно исследовать деятельность различных отделов слуховой системы в состоянии бодрствования и наркоза, выявить регуляторные изменения афферентной импульсации в слуховой системе.
С 1972 г. лабораторию возглавил проф. Я. А. Альтман (с 1997 г. – член-корр. РАН). Основным направлением становится изучение акустической пространственной ориентации. При исследовании механизмов локализации в пространстве неподвижных источников звука описан характер преобразования афферентной импульсации по ходу слухового пути, впервые описаны нейроны, отвечающие специализированной реакцией на направление движения звука. Основное внимание уделялось исследованию восприятия движущихся источников звука. С помощью психоакустического метода установлены основные характеристики восприятия движения источника звука в горизонтальной плоскости. С помощью поведенческого метода установлена необходимость наличия интактной слуховой области коры для обеспечения локализации движущихся источников звуков. Кроме того, при обследовании больных показано, что правое полушарие у человека играет ведущую роль в обеспечении локализационной функции. На основании исследования электрических ответов различных интегративных двигательных мозговых структур сформулировано положение о том, что окончательное опознание локализационных характеристик звуковых сигналов может осуществляться в этих «неспецифических» структурах мозга, тогда как слуховая система только представляет данные для этого опознания. За работы в области локализации источника звука в 1994 г. Я. А. Альтман награжден золотой медалью им. И. М. Сеченова Президиума РАН.
В последующем на основе изучения слуховых вызванных потенциалов были проанализированы механизмы пространственного слуха человека. Осуществлена развернутая характеристика восприятия движения звукового образа в вертикальной плоскости и при его приближении и удалении. Кроме того, изучено влияние движущихся источников звука на моторный контроль у человека и на иллюзии движения, тем самым намечен путь исследования виртуальной реальности не только в сенсорной сфере, но и при ее взаимодействии с иллюзорным движением в двигательной сфере.
С 2011 г. по 2021 год лабораторию возглавлял к.б.н. Н.И. Никитин. Под его руководством продолжались исследования пространственной маскировки движущихся звуковых сигналов в условиях свободного звукового поля.
Основное направление исследований лаборатории, начатое еще под руководством Я.А. Альтмана, связано с комплексным электрофизиологическим (вызванные потенциалы, потенциал негативности рассогласования) и психофизическим изучением пространственного восприятия человеком неподвижных и движущихся источников звука. Тематику исследований составили вопросы дифференциальной чувствительности слуховой системы к движению источника звука, проблема инерционности слухового восприятия и действие противоположного (антиинерционного) механизма – эффекта опережения, чувствительность к динамическим изменениям сигнала при движении источника звука и при амплитудной модуляции звукового сигнала, межполушарная асимметрия мозга при локализации источников звука, топография вызванной активности мозга при обнаружении и локализации источника звука, спектральные изменения ритмической активности мозга при выполнении локализационной задачи. Отдельное направление работы составило изучение пространственно-временных эффектов маскировки при локализации неподвижного и движущегося источников звука в горизонтальной и вертикальной плоскостях и эффекта предшествования. В исследовании ориентировочной реакции на звук у детей раннего возраста (от 0.5 года) определены основные закономерности формирования пространственного слуха в онтогенезе. С целью реабилитации больных, страдающих ушным шумом (тиннитусом), разработан метод комбинированной аудио и нейролингвальной стимуляции, позволяющий существенно снизить уровень патологического шума.
С 2021 года лабораторию возглавляет д.б.н. Лидия Борисовна Шестопалова.