Carl Wilhelm Sem-Jacobsen bygde opp et EEG-laboratorium ved Gaustad sykehus, der han undersøkte om hjernens elektriske aktivitet kunne brukes i diagnose og terapi av psykiatriske tilstander.
Sem-Jacobsen tok examen artium på Riis skole i Aker 1931 og ble cand.med. 1941. Han vikarierte som distriktslege en rekke steder under den annen verdenskrig, men måtte til slutt flykte fra Norge og var lege ved Kjesäter flyktningleir i Sverige. Han kom i kontakt med US Special Forces, der han fikk kapteins rang og ble sendt til Alta-regionen i samarbeid med norske styrker. Dette samarbeidet skaffet ham gode kontakter med amerikanske militære myndigheter, noe han senere kunne dra nytte av.
Etter seks år som distriktslege på ulike steder og en periode som assistentlege ved Gaustad sykehus fikk Sem-Jacobsen 1951 Rockefeller-reisestipend og senere Fulbright-stipend for å studere klinisk nevrofysiologi ved Rochester Hospital i USA. Senere flyttet han til Mayo-klinikken, også i Rochester, hvor han var 1952–55 og deltok i klinisk arbeid og forskning om hjernens elektriske aktivitet (elektroencefalografi, EEG). Med romslig støtte fra Ford Foundation kom han 1955 tilbake til Norge og bygde opp et EEG-laboratorium ved Gaustad sykehus. Til dette mottok han også midler fra Norges Allmennvitenskapelige Forskningsråd (NAVF). 1961 ble han laboratoriets overlege.
Sem-Jacobsens innsats fordelte seg på tre hovedområder: klinisk nevrofysiologi, flymedisin og dykkermedisin. Som klinisk nevrofysiolog var han engasjert i å finne nervøse mekanismer bak psykoser og epilepsi og å utvikle metoder for ny terapi for slike pasienter og for parkinsonisme. I flymedisinen var hovedoppgaven å utvikle sensitive og raske metoder for å oppdage truende bevissthetstap hos piloter på grunn av lav oksygentilførsel, mens hans innsats i dykkermedisin var særlig rettet mot forebyggende prosedyrer.
Hans studier av nervøse mekanismer for psykoser og epilepsi, som foregikk på Gaustad sykehus, ble utført på initiativ av overlege Ørnulf Ødegård. Sammen håpet de at nøyaktig registrering av hjernens elektriske aktivitet gjennom EEG kunne avsløre utgangspunkt og muligens mekanismer for sykelige psykiatriske og nevrologiske prosesser. En del av undersøkelsene ble gjort ved hjelp av implanterte elektroder, som ble ført inn i hjernen av en nevrokirurg ved hjelp av stereotaktisk kontroll. De innlagte elektrodene tillot registrering fra utvalgte steder i hjernen hos våkne pasienter.
Sem-Jacobsen ville vite om psykiske lidelser kunne ha likhetspunkter med epilepsi, slik at ødeleggelse av et “fokus” kanskje kunne fjerne eller redusere den psykiatriske prosess. Han registrerte den elektriske aktivitet fra hver av de innlagte elektroder og stimulerte utvalgte elektroder for å se om dette kunne endre pasientens atferd. I de fleste tilfeller var de utløste reaksjoner beskjedne, men fra enkelte posisjoner kunne stimulering utløse forbløffende og lovende reaksjoner. I sine mange kortere publikasjoner og i en vitenskapelig bok beskrev Sem-Jacobsen observasjoner utløst ved stimulering av ulike deler av hjernen. Dessverre var variasjonene mellom pasientene for store til å se et forståelig mønster. I stedet for hans store antall korte, skissemessige abstrakter ville mange kolleger nok ønske at han hadde gitt et grundig resymé av sine erfaringer i et anerkjent vitenskapelig tidsskrift med fagfellekritikk (referees).
Sem-Jacobsen ble i etterhånd utsatt for til dels voldsom kritikk i norske aviser og fjernsyn. Det var to påstander som ble fremsatt, dels at hans forskning i stor grad var finansiert av amerikanske militære midler, og dels at den foregikk på mennesker som ikke hadde gitt informert tillatelse og som ikke ville ha personlig nytte av forskningen. En regjeringsoppnevnt kommisjon gikk igjennom materialet og konkluderte enstemmig med at Sem-Jacobsens pasientrelaterte forskning ikke var kritikkverdig, idet siktemålet var å bedre situasjonen for pasientene. Kommisjonen konkluderte: “Samtlige pasienter som er operert synes å ha hatt en grunnlidelse som kunne gi grunnlag for slikt inngrep.” Inngrepenes medisinsk-tekniske standard var tilfredsstillende. Den finansielle støtte var tilnærmet lik den lignende laboratorier i andre vestlige land nøt godt av.