학습과 기억에 관한 뇌 활동의 신경 메커니즘을 연구해 온 세계적인 뇌인지과학자다. 서울대학교 심리학과에서 학사와 석사 학위를 받고, 미국 유타대학교에서 신경과학으로 박사 학위를 받았다. 미국 텍사스대학교 의과대학의 신경생물해부학과와 보스턴대학교 뇌-기억 센터에서 박사후연구원을 거쳐, 미국 아이오와대학교 심리학과에서 조교수를 지냈다. 현재 서울대학교 뇌인지과학과 교수로 재직 중이며, 서울대학교 AI연구원 실무추진위원 및 운영위원을 겸하고 있다. 한국뇌신경과학회 사무총장과 학술위원장 등을 역임했고, 뇌인지과학 분야의 권위 있는 국제 학술지들의 편집위원을 맡고 있다.
서울대학교 학생들에게 생물학과 인지과학, 그리고 자연지능과 인공지능을 넘나드는 융합적 뇌과학을 가르치고 있으며, 아이오와대학교 조교수 시절부터 이끌어 온 세계적 수준의 연구팀과 함께 해마의 학습 기전 연구의 최전선에서 활약하고 있다. 특히 공간에서 이루어지는 일화기억의 학습이 해마 신경망에 의해 어떻게 생물학적으로 구현되는지 실험으로 규명하기 위해 신경생리학적 방법과 함께 가상현실 행동실험 패러다임을 활용한 연구를 수행해 왔다. 이를 통해 세계적으로 권위 있는 학술지에 다수의 논문을 발표해 왔고, 연구의 우수성과 한국 뇌과학 커뮤니티에 대한 봉사와 공헌을 인정받아 한국뇌신경과학회로부터 장진학술상을 받았다.
최근에는 대중 강연을 통해 뇌인지과학의 즐거움뿐 아니라, 인공지능보다 뛰어난 뇌의 우수성을 알려 모두에게 희망을 주는 뇌과학을 소개하는 데 힘쓰고 있다. 네이버와 서울대가 공동으로 제작한 〈생각의 열쇠, 천개의 키워드〉 강연 시리즈를 선보였으며, 지은 책으로는 『기억하는 뇌, 망각하는 뇌』, 『그랜드 퀘스트 2024』(공저), 『또 다른 지능, 다음 50년의 행복』(공저) 등이 있다.