個人所涉獵及領導的腦科學及腦造影研究領域相當廣闊，疼痛醫學(Pain Medicine)及疼痛腦造影(Pain Imaging)研究則是其中最具代表性的一個大項。
美國國會訂定本世紀的第一個十年為「疼痛控制與研究的十年」(Decade of Pain Control and Research)，並撥款以改善慢性疼痛照護與擴展疼痛研究疼痛及疾病所引起的運動障礙。疼痛是臨床上最重要的議題之一，其消耗的醫療資源在歐洲每年約 兩兆歐元，於美國約1.5兆美金。疼痛與腦部的互動與可塑性息息相關，且長期以來的腦造影研究以確認長期慢性疼痛會造成人腦結構與功能的變化。
個人早期有關慢性神經性病變疼痛及頭痛導致人腦的功能病變的研究是領域中之經典研究，其中一篇引用次數根據ISI citation index已達723次(Hsieh, J. C., Belfrage, M., Stone-Elander, S., Hansson, P., & Ingvar, M. (1995). Central representation of chronic ongoing neuropathic pain studied by positron emission tomography. Pain, 63(2), 225-236.)。其他幾篇重要疼痛腦造影平均都是超過百次以上的引用次數(Hsieh et al., 1996~1999)。同時我們早期也應國際疼痛醫學泰斗Prof. Patrick D. Wall之邀於Textbook of Pain (2nd ed.) 特別寫了一章Pain Imaging之專文。
與慢性疼痛汲汲相關但一直被忽視的就是原發性痛經(primary dysmenorrhea)。女性站全球人口的一半，而根據調查台灣有近九成的青少女有原發性痛經問題。在全球不同國家或地區所做的研究調查發現，青少女四到九成有過原發性痛經的經驗，而且有15%到20%的女性會因為嚴重痛經而無法工作或上學。追蹤調查發現，九成19歲女性有原發性痛經經驗，而到24歲時還有近三分之二的盛行率，且其中仍有4%會因為嚴重痛經必須臥床而無法工作，每一年的醫療支出及經濟損失鉅大而難以估計。先前的研究也顯示原發性痛經與焦慮、憂鬱等情緒失調亦有顯著關係。因此研究原發性痛經患者之中樞神經變化對婦女衛生實有重大意義。但是截至目前完全沒有文獻探討痛經之腦部功能與結構性的變化。
由於月經對女性而言，生理心理上皆是一個無法避免的週期性壓力(stress)，因此我們先利用腦磁圖(MEG)研究月經週期不同荷爾蒙濃度與前 額葉活性間的關係，發現荷爾蒙濃度的變化會影響與趨向避離等情緒相關的左右大腦前額葉活性之功能側化(functional lateralization)之動態改變。我們發現女性大腦在面對月經如此劇烈之週期性賀爾蒙變化的壓力下，會以自動動態性改變左右大腦半球的優勢化來應對(coping)。在腦部靜止狀態下特質研究(trait study; 反應一個長期穩定的神經生物標記) 我們發現會由排卵期(periovulatory phase)之右大腦優勢迅即轉為月經期(menstrual phase)的左大腦優勢，而左大腦的相對優勢活性能夠讓女性有更正向的驅力來處理調適(Hwang et al., 2008)。
此項研究有助於我們瞭解月經期間情緒調控的腦部基本表現。因為抑制行為與情緒調控(emotional regulation)和回饋系統(rewarding system)密切相關，所以我們繼續深入研究荷爾蒙濃度變化影響大腦前額葉反應抑制處理(inhibitory)過程。我們施與一個情緒作業 emotional Go-No Go task以狀態研究(state study; 研究面對的必須主動處理的情境)的方式探討當在主動處理一個情緒處理相關之認知作業下的腦部反應。與前述之trait study一樣，我們發現正常會由排卵期(periovulatory phase)之右大腦優勢迅即轉為月經期(menstrual phase)的左大腦優勢(Hwang et al., 2009)。這些國際上第一次的研究發現，我們與臺北榮總婦產部合作已發表系列論文，廣為十幾種國際電子科學及醫學媒體如國際知名的New Scientist 報導。
緊接著於2009年在NeuroImage國際SCI期刊，我們發表了全球第一個應用正子斷層掃描(positron emission tomography, PET)來針對中樞神經活性與原發性痛經(primary dysmenorrhea)之臨床表徵關聯性的研究結果。透過注射葡萄糖之類似化合物『氟化去氧葡萄糖(2-deoxy-2-[18F] fluoroglucose, FDG)』來度量腦部之葡萄糖代謝以作為區域神經活性指標，結果發現原發性痛經患者其經痛會活化框上皮質區(orbitofrontal cortex)、中側前額葉皮質區(medial prefrontal cortex)、及視丘，而背旁側前額葉(dorsolateral prefrontal cortex)、次級體感覺區及後腦島則出現活動降低的現象。我們推論Thalamo-Orbitofrontal-Prefrontal cortex之神經迴路異常可能是通經患者其情緒上與疼痛感知上變化的機轉。
利用Voxel-Based Morphometry (VBM)的技術研究解析度之T1-MRI腦造影，我們發現原發性痛經患者之情緒調節與臟器感覺相關區域灰質體積出現萎縮現象，而與疼痛調節與壓力反應相 關之區域則出現灰質體積增大現象。結果與前項功能性PET的推論一致。這項2010年9月發表於國際最高之疼痛醫學雜誌PAIN的婦女經痛 (primary dysmenorrhea)國際首見之研究更是轟動全球，此項經痛與大腦灰質關連之初步研究成果由國際疼痛醫學會(International Association for the Study of Pain, IASP)第一時間同時對國際舉行正式媒體新聞發表，迅即受到東西方主流媒體如美國有線電視新聞網(CNN)、美國廣播公司(ABC)、時代雜誌 (Time)等重視並加以快速報導，一時台灣與陽明大學之名及台灣尖端醫學研究躍諸國際媒體醫療版的頭條報導。同時透過即時之重要國際性新聞及科學與醫學 網路電子傳播及新聞媒體快速報導(如Time & CNN, ABC News, CBC News, Yahoo-global, Yahoo-UK, Yahoo-Canada, MSN-global, Med Page Today, Health Day, Google News, Bio Science Technology, Science Daily, AOL, Top News, India News, Phys Org, Medical News Today, Alpha Galileo, WebMD, First Science News, New Scientists, One News Page, JORBIT等平面及電子媒體和國際入口網站)，更無遠弗屆地引起國際重視與社會討論，不同國家的電視台及廣播電台(如瑞典Sveriges Television及Sveriges Radio)都製作專題報導並討論我們的重大發現，被譽為國際科學與醫學突破性研究。這是有史以來第一次台灣的本土研究引起國際媒體如此的重視與熱烈報導。後續我們有系列更重要更具深度之研究成果即將發表。由於嚴重痛經之一般治療方法效果有限，我們目前亦依據腦造影的結果發展新的治療方法。
國際疼痛醫學最高雜誌PAIN (Berkley, 2011)的專論-“Don’t Dismiss Dysmenorrhea”，依據我們的研究報告，更呼籲醫學界必須重新檢視原發性痛經並且積極治療之對策，並敦促美國國家衛生研究院(NIH)投入更多的研究經費去全方位探究痛經對人腦及心智功能與疾病的影響。一個重要的原因是臨床上許多女性罹患率高的疾病(如irritable bowel syndrome、fibromyalgia、major depression、temporomandibular disorder、rheumatoid arthritis、osteoarthritis、migraine headache with aura等)追蹤其病史，很高的比例這些女性患者皆伴隨有長期的痛經。其中多項功能性疾病如irritable bowel syndrome及fibromyalgia目前已證實是伴隨有腦部的功能性(functional)與結構性(structural)的變化。因此痛經 造成的腦部功能性與結構性的改變是否導致女性容易罹患這些疾病將是未來的婦女身心醫學重點主題。
2013年我們發表於Pain期刊的論文，我們發現PDM者其腦部灰質結構每個月在月經期(menstrual phase)與排卵期(peri-ovulatory phase)之間，都有巨觀上可觀察到的腦結構影像的快速改變。一個短暫的週期性疼痛日積月累地造成腦部的結構改變，可能與日後諸多功能性疾病有所關連， 因此必須重新了解PDM對女性各方面的長期影響，不能等閒視之。我們刻正以多方位的方式深入痛經與腦部可塑性及神經網路異常連結之詳細病生理機轉 (pathophysiological mechanisms)，並且結合基因研究發展imaging genetics，同時根據這些腦造影的研究發展新的治療方法。目前諸多重要研究成果，逐步發表論文中。