成立于2005年，由罗跃嘉教授担任主任。重点实验室基于国家发展与教育改革的重大需求，结合国际国内认知神经科学研究新的发展趋势，致力于从脑与认知、脑与素质教育的角度对儿童青少年认知发展及科学学习开展基础研究与应用基础研究。实验室不仅研究儿童青少年认知发展的一般性神经机制与规律，还将偏重于认知功能障碍（如阅读障碍、发展性计算障碍等）的脑机制与解决或促进途径及策略的研究。并在此基础上，开发可操作的、适合于推广的有效科学方案。
　　基于以上研究使命，实验室组织了心理学、教育学、生物学、数学、信息科学等多个学科领域的一些著名专家与学者从事相关的研究，形成了多学科交叉融合，共同攻关的研究态势；并以“学习与脑的可塑性”的研究为核心，形成了七个主要研究方向：1、汉语认知及其脑机制研究；2、第二语言学习及其脑机制研究；3、数学认知及其脑机制研究；4、社会认知与社会行为及其脑机制研究；5、基本认知过程、发展及其脑机制研究；6、脑信息处理方法与脑动力学研究；7、脑科学的教育应用研究。