ლაბორატორიის ფორმირება მოხდა სამი ლაბორატორიის – ცხოველთა ქცევის (ხელმძღვანელი აკადემიკოსი მიხეილ ხანანაშვილი), თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის (ხელმძღვანელი პროფ. გიორგი მჭედლიშვილი) და თავის ტვინის მეტაბოლური უზრუნველყოფის (ხელმძღვანელი აკადემიკოსი ნოდარ მითაგვარია) 2011 წელს გაერთიანების საფუძველზე.
სამივე აღნიშნული ლაბორატორია მრავალი წლების განმვლობაში ფუნქციონირებდა დამოუკიდებლად და უნდა აღინიშნოს, რომ აღიარებული იყვნენ მსოფლიო მასშტაბით, როგორც წამყვენი სამეცნიერო ცენტრები. ამის შესახებ მოწმობს ის მრავალრიცხოვანი შრომები, რომლებიც გამოქვეყნებული იყო ამერიკის და ევროპის ქვეყნებში ამ ლაბორატორიებში შესრულებული, სამეცნიერო კვლევების საფუძველზე. ამის დასტურად ალბათ საკმარისი იქნება მხოლოდ ზოგიერთი მონოგრაფიის მითითება:

G.Mchedlishvili. Vascular Mechanisms of the Brain. Plenum Publishing Corporation. New York and London,1972
Н. Митагвария. Устойчивость циркуляторного обуспечения функций головного мозга. «Мецниереба»,Тбилиси,1983.
М. М. Хананашвили. Патология высшей нервной деятельности (поведения), М. Медицина, 1983
Khananashvili MM, Hecht K. Neurosen. Theorie und Experiment. Berlin: Akademie-Verlag, 1984
G.Mchedlishvili. Arterial Behavior and Blood Circulation of the Brain. «Plenum Press». New York and London,1986.
Mchedlishvili G.I, Tomita M, Tuma R. Microcirculation of the Brain. New York: Nova Science Publishers, 1992.
А.Азин, В.Климин, Н.Митагвария, И.Бараташвили. Регуляторные механизмы кровоснабжения коры головного мозга. «Наука», Екатеринбург, 1995. Khananashvili MM. Informational Stress. Tbiilisi: Publishing House of the National Academy of Sciences of Georgia, 2008.
Mitagvaria NP, Bicher HI. Cerebral blood flow regulation. New York: Nova Science Publishers, 2009.
 
ამასთან ერთად ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ პროფ. გ. მჭედლიშვილი არის ავტორი შრომებისა, რომლებსაც თავის ტვინის სისხლძარღვთა სისტემის ფუნქციების დადგენისთვის მიენიჭა აღმოჩენის სტატუსი. აკადემიკოს მიხეილ ხანანაშვილის ინფორმაციული ნევროზების თეორია აღიარებულია მსოფლიოს ყველა ქვეყანაში და შეტანილია მრავალ სახელმძრვანელოსა და მონოგრაფიებში. საყოველთაო აღიარება ჰპოვა აგრეთვე აკადემიკოს ნ. მითაგვარიას თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის ჰომეოსტაზური დიაპაზონის ჰიპოთეზამ და თავის ტვინში სისხლის მომარაგების აუტორეგულაციის მექანიზმის სტრუქტურის დადგენამ.
 
ამჟამად ლაბორატორიის წამყვანი მიმართულებებია: 

თავდაპირველად, 1971 წლიდან (როდესაც დაარსდა თავის ტვინის მეტაბოლური უზრუნველყოფის ლაბორატორია) მისი მოღვაწეობა ეძღვნებოდა თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის ფიზიოლოგიის აქტუალური საკითხების ექსპერიმენტულ კვლევას. მრავალი წლის განმავლობაში თანმიმდევრულად შეისწავლებოდა თავის ტვინის ფუნქციათა ცირკულატორული უზრუნველყოფის მარეგულირებელი მექანიზმების ფუნქციობა ნორმის და პათოლოგიის პირობებში.
გამოკვლევათა საკმარისად დიდი ნაწილი მიეძღვნა თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის რეგულაციის კომპლექსური მექანიზმის თეორიის შექმნას და ასეთი მექანიზმის არსებობის დასაბუთებას. ამ თეორიის ჩამოყალიბებით გადაილახა რეგულაციის ნეიროგენურ, მეტაბოლურ და მიოგენურ მექანიზმებს შორის ლიტერატურაში არსებული შეუსაბამობა და გააერთიანა ისინი ერთიანი, არაწინააღმდეგობრივი სისტემის სახით. დადასტურდა, რომ ამ მექანიზმებიდან თითოეულს აქვს საკუთარი ფუნქციური დატვირთვა და მთლიანობაში ახორციელებს ნერვული ქსოვილის სისხლით მომარაგებას ეგზო- და ენდოგენური ზემოქმედებების ადეკვატურად. გაერთიანებული თეორიის დამუშავება შესაძლებელი გახდა მხოლოდ რეგულაციის ე.წ. დინამიკური მახასიათებლების (ანუ გარდამავალი პროცესების) ანალიზით. ფიზიოლოგიური პროცესების კვლევაში პრინციპული მნიშვნელობა ჰქონდა მართვისა და რეგულაციის სისტემების ანალიზის ამ ძლიერი აპარატის გამოყენებას, რამაც დიდი როლი შეასრულა მრავალი მნიშვნელოვანი საკითხის გადაწყვეტაში.
განყოფილების შრომებში პირველად იქნა გამოვლენილი ადგილობრივი სისხლის ნაკადის ჰეტეროგენული ცვლილებები თავის ტვინის ქერქის მომიჯნავე მიკროუბნებში სისტემური ზემოქმედების პირობებში. აღსანიშნავია, რომ სისხლის ნაკადის ჰეტეროგენულობა ადრეც იყო აღწერილი, მაგრამ სხვადასხვა მოდალობის სენსორული ზემოქმდებისას, რაც სავსებით შეესაბამებოდა იმდროინდელ შეხედულებებს. რაც შეეხება სისტემური ხასიათის ზემოქმედებას, ამ დროს ადგილობრივი სისხლის ნაკადის მოზაიკური ხასიათის რეაქციები თავდაპირველად ვერ პოულობდა ახსნას ბიოლოგიური მიზანშეწონილობის პრინციპის პოზიციებიდან. განყოფილების შრომებში გამოვლენილი და აღწერილია ადგილობრივი სისხლის ნაკადის დონეთა დიაპაზონი, რომელსაც ავტორებმა უწოდეს “ჰომეოსტაზური დიაპაზონი” და რომელმაც სრულად ახსნა ზემოთ აღნიშნული ფენომენის აღმოცენების მექანიზმი და ბიოლოგიური არსი. უფრო მეტიც, სრულიად ახალი, დამატებითი განმარტება ჰპოვა პოსტჰიპოქსიური ჰიპერემიის კარგად ცნობილმა მოვლენამ. ჰომეოსტაზური დიაპაზონის ჰიპოთეზამ ფართო გამოყენება ჰპოვა სხვა ავტორების შრომებშიც, და იმედია გარკვეულ ადგილს დაიკავებს ნევროლოგიურ კლინიკაშიც, რადგან შესაძლებელი გახდა ახლებურად გავაანალიზოთ და თავი ავარიდოთ ცრუ დასკვნებს თავის ტვინის სისხლით მომარაგების აუტორეგულაციის დარღვევის შესახებ.
განყოფილების გამოკვლევებში მნიშვნელოვანი ადგილი უკავია ნაშრომებს, რომლებმაც თავის დროზე ყოფილ საბჭოთა კავშირში საფუძველი ჩაუყარა სისხლით მომარაგების და თავის ტვინის ცალკეული სტრუქტურების ფუნქციური აქტივობის კორელაციის საკითხების ექსპერიმენტულ შესწავლას და მნიშვნელოვანწილად მოხსნა ის სრულიად გაუმართლებელი და გაუგებარი იზოლაცია და გათიშულობა, რომელიც მრავალი წლების განმავლობაში არსებობდა ტვინის ფუნქციებისა და მათი ცირკულატორულ-მეტაბოლური უზრუნველყოფის საკითხების კვლევას შორის.
ლაბორატორიაში ჩატარებულ ექსპერიმენტებში ნათლად გამოვლინდა, რომ ფუნქციური დატვირთვის დროს, რომელსაც თან სდევს ძვრები ემოციურ სფეროში, ადგილობრივი სისხლის ნაკადის ცვლილებები თავის ტვინის სტრუქტურებში წარმოადგენს ორი ფაქტორის - ემოციური დაძაბულობის ვეგეტატური კომპონენტის და ფუნქციურ-მეტაბოლური აქტივობის ცვლილებების ამსახველი კომპონენტის სუპერპოზიციას. ამასთან, პირველი ფაქტორი ჩვეულებრივ ნიღბავს მეორე ფაქტორის გამოვლენას. ამ ფაქტის კორექტულ გააზრებას პრინციპული მნიშვნელობა აქვს ადგილობრივი სისხლის ნაკადის დინამიკის მაჩვენებლების გამოყენებისას თავის ტვინის ცალკეული სტრუქტურებისა და უბნების ფუნქციური აქტივობის დონის შეფასების საქმეში, რაც აუცილებელია ბირთვული მაგნიტური რეზონანსისა და კომპიუტერული ტომოგრაფიის მეთოდების გამოყენებისას.
90-ან წლებში ლაბორატორიის შრომებში დიდი ადგილი დაიკავა თავის ტვინის ლოკალური ინფარქტის ექსპერიმენტული კვლევის პრობლემამ და მისი განვითარების პროფილაქტიკასა და მკურნალობის საქმეში სამამულო წარმოების ცერებროპროტექტორული პრეპარატის პლაფერონ-LB-ს ეფექტურობის კვლევის საკითხებმა. გამოვლინდა ამ პრეპარატის განსაკუთრებული ეფექტი თავის ტვინის ინსულტისა და მომდევნო ინფარქტის პროფილაქტიკის საქმეში, ამას კი დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს ხსენებული პათოლოგიის მეორადი პროფილაქტიკის თვალთახედვით.
შრომების რიგი მიეძღვნა სილდენაფილის ციტრატის (ვიაგრას დასახელებით ცნობილი პრეპარატის) გავლენას თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის მარეგულირებელ მექანიზმებზე. დადგინდა, რომ სილდენაფილის ციტრატი იწვევს თავის ტვინის სისხლით მომარაგების აუტორეგულაციის მაღალი ზღვარის დაქვეითებას, რაც აუტორეგულაციის დიაპაზონის შემცირებას ნიშნავს და სისტემური არტერიული წნევის მატების პირობებში ზრდის ინსულტის წარმოქმნის ალბათობას.
ბოლო წლებში ლაბორატორიაში მიმდინარე კვლევებში მნიშვნელოვანი ადგილი დაიკავა აზოტის ოქსიდის როლის დაზუსტებამ თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის რეგულაციაში ნორმის, ასაკობრივი ცვლილებების და სხვადასხვა პათოლოგიის პირობებში. მაგალითად, დადგენილია, რომ თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის მარეგულირებელი სისტემის მგძნობელობა აზოტის ოქსიდისადმი მნიშვნელოვნადაა გაზრდილი ხანდაზმულ ცხოველებში.
სისტემური არტერიული წნევის მატების პირობებში, აზოტის ოქსიდი არ ახდენს გავლენას თავის ტვინის სისხლის მიმოქცევის აუტორეგულაციის პროცესზე, მაგრამ მისი როლი მკვეთრად იზრდება სისტემური არტერიული წნევის დაქვეითების პირობებში.
არსებით ეტაპად ლაბორატორიის გამოკვლევებში უნდა ჩაითვალოს ამერიკელ კოლეგებთან ერთად შესრულებული ნაშრომები. ისინი ეხება ონკოლოგიურ კლინიკაში ფართოდ გამოყენებადი ჰიპერთერმული ზემოქმედების დადებითი ეფექტების ფიზიოლოგიური მექანიზმების კვლევას. დადგენილ იქნა, რომ 43 გრადუსიანი ჰიპერთერმიის დროს სიმსივნური ქსოვილის მიკროსისხლძარღვების ოკლუზია ხდება, სიმსივნური ქსოვილი ვეღარ იღებს გლუკოზას და განიცდის კვდომას. დადგინდა, რომ ამ პროცესში ერთ-ერთ წამყვან როლს ასრულებს ინდუციბელური აზოტის ოქსიდის სინთაზას გააქტიურება.
უკანასკნელ წლებში ექსპერიმენტული კვლევით თეთრ ვირთაგვებზე ლაბორატორიაში დადგინდა, რომ მთელი სხეულის ჰიპერთერმიის პირობებში, გარდა სუფთა ტემპერატურული ფაქტორისა, ადგილი აქვს ე.წ. ჰორმეზისის ფენომენის ამოქმედებას, მაგრამ მხოლოდ ტემპერატურის გარკვეულ დიაპაზონში. თუ ტემპერატურის დონე გასცდება ამ დიაპაზონის ზედა ზღვარს, ჰორმეზისის მექანიზმი ითრგუნება და შესაძლოა ორგანიზმში შეუქცევადი დამაზიანებელი პროცესების განვითარება, ხოლო თუ ტემპერატურული ზემოქმედება ჰორმეზული დიაპაზონის ქვედა ზღვარზე ნაკლები იქნება, არავითარი ეფექტი (არც დადებითი და არც უარყოფითი) არ მიიღწევა. ამრიგად, ლაბორატორიაში ჩატარებული ცდების შედეგებმა პირველად აჩვენა, რომ ონკოლოგიურ კლინიკებში მიღებული ჰიპერთერმული მკურნალობის დადებითი ეფექტი მნიშვნელოვანწილად განპირობებულია სწორედ ჰორმეზისის ფენომენის გააქტივებით. ეს კი საშუალებას იძლევა კლინიკაში მთელი სხეულის ჰიპერთერმიის გამოყენებისას გათვალისწინებული იყოს ტემპერატურული ზემოქმედების ჰორმეტული დიაპაზონის ზედა ზღვარი, რომლის გადალახვა დაუშვებელია.
ზემოხსენებულ სამეცნიერო გამოკვლევათა შედეგები მრავალჯერ არის მოხსენებული და განხილული ევროპისა და ამერიკის სამეცნიერო ცენტრებში და მრავალრიცხოვან საერთაშორისო ფორუმებზე. ისინი გამოქვეყნებულია წამყვან სამამულო და საზღვარგარეთულ პერიოდულ გამოცემებში, კრებულებში და სამ მონოგრაფიაში ქართულ, რუსულ და ინგლისურ ენებზე.

ლაბორატორიის თანამშრომლების მიერ გამოქვეყნებულია 3 მონოგრაფია (გამოცემული საქართველოში (1983), რუსეთში (1995) და აშშ-ში (2009); 3 სახელმძღვანელო და 200-მდე სამეცნიერო სტატია. განყოფილებაში შესრულებულია და წარმატებით არის დაცული 32 საკანდიდატო და 4 სადოქტორო დისერტაცია ბიოლოგიისა და მედიცინის დარგში.
ლაბორატორიის ინიციატივით და ორგანიზებით ჩატარებულია სამი საერთაშორისო სამეცნიერო ფორუმი.