Die Arbeitsgruppe von Dagmar Timmann beschäftigt sich seit langem mit dem Studium der Physiologie und Pathophysiologie des menschlichen Kleinhirns. Die Forscher*innen untersuchen die Beteiligung des menschlichen Kleinhirns an motorischen, emotionalen und kognitiven Funktionen. Von besonderem Interesse ist dabei, ob das Kleinhirn an bestimmten Formen des Lernens beteiligt ist, welche Kleinhirnareale darin involviert sind und wie die Mechanismen der Beteiligung des Kleinhirns aussehen.
Ein aktueller Forschungsschwerpunkt liegt auf Untersuchungen zur Bedeutung des Kleinhirns an Extinktionsprozessen. Strukturelle und funktionelle Magnetresonanztomographie (MRT) wird bei gesunden Probanden und Patienten mit verschiedenen Formen von Ataxien eingesetzt. Das sehr gute Signal-Rausch-Verhältnis der 7T-MRT ermöglicht es, die Kleinhirnfunktion auf der Ebene der Kleinhirnrinde und der Kleinhirnkerne zu untersuchen.