Лабораторией сенсорных систем позвоночных накоплен значительный опыт работы с морскими млекопитающими. Сотрудниками лаборатории выполнены пионерские исследования слуха дельфинов, ставшие классикой, сделаны открытия, в числе которых однополушарный сон у дельфинов , установление гидродинамических характеристик тела дельфина, проведены исследования зрительного анализатора зубатых китообразных, сделаны работы по картированию мозга морских млекопитающих (Ладыгина, Супин, 1974; Романенко, 1974; Мухаметов и др., 1976; Супин и др.,1978; Попов, Супин, 2012).
За время существования лаборатории были разработаны новые методы исследования нейрофизиологии морских млекопитающих, на основе полученных данных были сформулированы многие абсолютно новые положения. Нехарактерное по сравнению с наземными млекопитающими расположение основных сенсорных областей коры мозга (зрительной, слуховой, соматосенсорной) позволило выдвинуть новую схему эволюции коры мозга у млекопитающих в целом.
Особого упоминания заслуживают работы по изучению физиологии слуха морских млекопитающих. Были выработаны новые методики, получены уникальные данные. На ряде видов дельфинов (дельфин афалина, белуха, амазонская иния, морская свинья, ложная касатка, дельфин - белобочка, и др.) с помощью электрофизиологического метода были изучены такие характеристики слуха, как быстродействие, чувствительность и частотный диапазон, частотная и временная избирательность, пространственная избирательность, механизмы звукопроведения и бинаурального слуха, и многие другие. Получены данные, которые изменили представления о слухе этих животных, опровергли некоторые ложные гипотезы и, фактически, позволили создать новый подход к изучению слуха млекопитающих. Эти результаты суммированы в монографиях (Supin et al., 2001; Попов, Супин, 2013).
Исследована топографическая организация сетчатки у ряда видов морских млекопитающих (китообразных и ластоногих), разработаны методы получения тотальных препаратов, анализа пространственного распределения клеток сетчатки (к.б.н. А.М.Масс). Установлены особенности топографической организации поля зрения китообразных и ластоногих, в частности, наличие у китообразных двух (а не одной, как у всех других млекопитающих) зон наилучшего видения в назальном и темпоральном секторах поля зрения, что обеспечивает универсальное вводно-воздушное зрение и большой сектор обзора. У ластоногих имеется одна зона наилучшего видения, подобно наземным хищным. Измерена ретинальная разрешающая способность в зонах наилучшего видения. Обнаружен неизвестный ранее механизм повышения остроты разрешающей способности сетчатки за счет кластерной группировки ганглиозных клеток.
Разработана оригинальная методика тестирования слуха, которая позволяет количественно оценить способность к различению сложных звуковых сигналов. Методика находит применение при фундаментальных и прикладных исследовании слуха человека (проф. А.Я.Супин, к.б.н. Д.И.Нечаев, н.с. О.Н.Милёхина).
Исследование цикла сон-бодрствование у дельфинов выявило у дельфинов совершенно неизвестный до этого механизм так называемого однополушарного сна. Это исследование, проведенное совместно А.Я. Супиным и Л.М. Мухаметовым, получило статус ОТКРЫТИЯ, а профессор Супин стал лауреатом Государственной премии СССР.
Были получены экспериментальные данные о соотношении функциональной асимметрии мозга (однополушарного сна / бодрствования) и асимметричного состояния глаз у китообразных (у белухи и дельфинов – афалин). Было установлено, что глаз контралатеральный спящему полуша¬рию большую часть времени закрыт или прикрыт (более 90% времени). При этом глаз, контралатеральный бодрствующему полушарию чаще открыт или прикрыт (Lyamin et al., 2002a; 2004). Таким образом, одностороннее закрывание глаз может служить надежным критерием сна китообразных.
К настоящему моменту времени сотрудниками лаборатории (к.б.н. О.И.Лямин, к.б.н. Л.М.Мухаметов) исследованы особенности сна более чем у 25 видов животных, включая водных и полуводных млекопитающих (китообразные, ушастые и настоящие тюлени, морж, калан, амазонский ламантин, гиппопотам, нутрия), у нескольких видов наземных не лабораторных млекопитающих (слон, антилопа блесбок, доман, африканский слепыш), а также у 3 видов птиц и у 2 видов черепах.
Группой биоакустики в результате многолетнего теоретического и экспериментального изучения биогидродинамических механизмов плавания дельфинов разработана теория крыла, моделирующего хвостовую лопасть дельфина. Создан аналитический метод расчета гидродинамических характеристик крыла. Исследования кинематики и гидродинамики черноморских дельфинов включили в себя оценку предельной скорости плавания дельфина, формулирование закона деформации тела активно плывущего дельфина, изучение упругих свойств кожных покровов, доказательства наличия у дельфинов механизмов управления пограничным слоем.
В результате многолетних наблюдений и экспериментов, в том числе с использованием двойной электроакустической связи между изолированными дельфинами, были получены данные об изменении поведения и сигнализации афалин в процессе адаптации к условиям неволи, разнообразным стрессовым воздействиям и экспериментальным ситуациям, свидетельствующие о возможности использования параметров сигнализации для оценки состояния животных. Были изучены различия в характере использования свистов-автографов животными разного возраста, пола и эмоционального состояния.
В целом по результатам исследований лаборатории в свет выпущены десятки работ как в российских, так и в заграничных журналах и сборниках. Данная печатная продукция имеет высокие индексы цитирования. Результаты доложены также на множестве отечественных и международных конференций. Исследования лаборатории поддерживаются многочисленными грантами.