蛍光タンパク質間の励起エネルギー移動の効率を最大化する技術を応用し、発光強度が数十倍の画期的な生物発光タンパク質を開発しました。さらに、それを活用したバイオイメージング普及をサポートする「オールインワン発光イメージングシステム」を開発し、一分子から細胞、小動物まで観察できる安全性の高い多種多様な可視化計測を可能としました。

細胞内ゲノムの3次元構造をヌクレオソームの分解能で解析する技術の開発を世界に先駆けて成功し、ゲノム構造と遺伝子発現の相関性を明らかにしました。さらには、単一細胞における遺伝子の発現動態を世界で初めて単一分子感度で定量化する技術の開発に成功し、細胞個性の起源となる遺伝子発現ノイズの発生機構を明らかにしました。

世界初の2光子顕微鏡を開発しました。この顕微鏡は、広視野、高解像度、高速性であり、脳の動作原理を細胞レベルのネットワークとして捉えることを可能としました。この2光子顕微鏡を脳科学に適用し、これまで可視化されてこなかった細胞の個性と脳の全体性を明らかにしました。