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. При действии звуковых сигналов разной длительности выявлены две крайние группы нейронов, свидетельствующие о реализации слуховой функции в системах с разными постоянными времени.

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. В последние годы основное внимание уделяется 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 субдоминантное 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.

С 2011 г. по 2021 год лабораторию возглавлял к.б.н. Н.И. Никитин. С 2021 года лабораторию возглавляет д.б.н. Лидия Борисовна Шестопалова.

Основное направление исследований лаборатории связано с комплексным электрофизиологическим и психофизическим изучением пространственного восприятия человеком неподвижных и движущихся источников звука. С помощью вызванных потенциалов и потенциала негативности рассогласования определена чувствительность слуховой системы человека к различению движущегося сигнала в звуковом потоке, исследованы инерционные свойства слуховой системы при локализации движущегося звука и механизм преодоления инерционности — эффект опережения, выявлены принципиальные различия в восприятии динамических изменений сигнала при движении источника звука и при амплитудной модуляции звукового сигнала. При изучении межполушарной асимметрии мозга установлены особенности локализационной функции правого и левого полушарий в зависимости от стороны и направления движения источника звука, определена топография вызванной активности мозга при локализации движущегося источника звука, выявлены спектральные изменения ритмической активности мозга при пассивной и активной локализации движущегося звука. В исследовании пространственной маскировки движущегося звука определены закономерности влияния когерентности сигналов и направления движения сигнала на субъективную локализацию движущейся цели. В области прикладных исследований проведено изучение ориентировочной реакции на звук у детей раннего возраста (от 0.5–3 года), которое позволило определить основные закономерности формирования пространственного слуха в онтогенезе. С целью реабилитации больных, страдающих ушным шумом (тиннитусом), разработан метод комбинированной аудио и нейролингвальной стимуляции, обеспечивающей существенное снижение уровня патологического шума. Проводится работа по разработке телекоммуникационной технологии, которая позволит проводить слуховую терапию дистанционно без посещения больным медицинского учреждения.