Luego de los estudios realizados en Harvard, Joaquín Luco se estableció en la Escuela de Medicina de la Pontificia Universidad Católica en 1939. Si bien como director de la escuela tenía un alto cargo de funciones administrativas y docentes, no renunció a la investigación en neurofisiología. En 1941 logró publicar un trabajo en la prestigiosa revista internacional Journal of Neurophysiology. En 1950 pudo independizarse de los laboratorios de Bioquímica y Farmacología que también componían la escuela de Medicina y consiguió el establecimiento de una cátedra y del Laboratorio de Neurofisiología Gabriela Gildemeister, llamado así en honor a la bioquímica que llegó a trabajar al laboratorio de Luco en 1944. Gabriela y su marido, acaudalado empresario Sigfred Gildmeister, crearon la Fundación Gildemeister que contribuyó sustancialmente a financiar investigación científica de varios laboratorios, entre ellos el de Luco.

En este laboratorio Luco formó a numerosos investigadores en torno a la neurociencia, lo que posibilitó el desarrollo de esta rama científica en el país. Entre ellos se encuentran Carlos Eyzaguirre, José Espíldora, Adolfo Davidovich, Cristián Vera, Jaime Álvarez, Patricio Zapata, Alejandro Donoso, Jorge Belmar, Beatriz Ramírez, Francisco Bezanilla, Luis Arqueros, Hugo Fernández, Gloria Ruiz, Nibaldo Inestrosa, Bernardita Méndez, Gian Mascetti, Ana María Lennon, María Isabel Behrens, entre otros.