Профессор Х.Л.Гайнутдинов в 1989 году организовал в Казанском физико- техническом институте КНЦ РАН группу биофизики, которая позднее была преобразована в лабораторию биофизики. Х.Л.Гайнутдинов закончил физический факультет Новосибирского государственного университета. Первые исследования, начиная с дипломной работы, были посвящены биофизике мембран. В дальнейшем Х.Л.Гайнутдинов заинтересовался исследованиями простых нервных систем и, работая в лаборатории комплексных исследований нейронных систем (г. Новосибирск) под руководством академика Российской академии медицинских наук, профессора М.Б.Штарка, выполнил большой цикл работ в области нейроиммунологии. Это - роль нервно-специфических белков в функционировании нервных клеток и нейронных сетей (кандидатская диссертация) и исследования биоэлектрических механизмов формирования в мозге патологических очагов, ведущих к нервно-патологическим заболеваниям (докторская диссертация). В ходе выполнения этих исследований были обнаружены эффекты, признанные открытием "Закономерность регуляции реакции антиген-антитело, протекающей на поверхности нервной клетки, трансмембранным потенциалом" (диплом ╧ 84).

С переездом в Казань начался новый этап в деятельности Х.Л.Гайнутдинова, посвященный проблемам нейробиологии обучения и памяти. Коллектив лаборатории (к.б.н. В.В.Андрианов, к.б.н. Т.Х.Гайнутдинова, другие сотрудники и студенты кафедры физиологии человека и животных Казанского университета) проводят исследования клеточных и мембранных механизмов пластичности поведения при ассоциативном обучении и долговременной сенситизации. Эти исследования включают электрофизиологический анализ участия командных и моторных нейронов простой нервной системы в выработке условного оборонительного рефлекса, а также роли серотонинергической и дофаминергической систем мозга в поведенческих реакциях. Работа выполняется при поддержке грантов РФФИ, НИОКР РТ.

В результате проведенных исследований показано, что одним из основных механизмов выработки условного оборонительного рефлекса и формирования долговременной сенситизации является снижение порогового потенциала и деполяризационный сдвиг мембранного потенциала командных нейронов, но не мотонейронов. Полученные результаты говорят о большой значимости таких характеристик, как мембранный потенциал покоя и пороговый порог, которые определяют изменение возбудимости нейронов. Впервые обнаружено, что длительное сохранение поведенческих феноменов при долговременной сенситизации и ассоциативном обучении коррелирует с изменениями электрических характеристик командных нейронов оборонительного рефлекса. Следовательно, в процесс обучения вовлекаются длительные изменения мембранных процессов в определенных элементах нейронной сети, зависимых от метаболизма клетки. Впервые было выявлено снижение величин мембранного потенциала и порога генерации потенциалов действия в командных элементах нейронной сети при селективном разрушении серотонинергической и дофаминергической систем при использовании нейротоксинов 5, 6-дигидрокситриптамина и 6-гидроксидофамина. Найдено, что их применение препятствует дальнейшему увеличению возбудимости при долговременной сенситизации и выработке условного рефлекса на фоне применения этих нейротоксинов.