Luys var ferdig utdannet lege i 1857 og utførte omfattende forskning innen sentralnervesystemets anatomi, patologi og funksjoner. I 1865 publiserte han avhandlingen ("Studier vedrørende cerebrospinal-systemets struktur, funksjon og sykdommer"), i denne avhandlingen fulgte det også med en tredimensjonalt atlas av hjernen. Det var i denne boken at Luys kom med den første beskrivelsen av strukturen som i dag kalles nucleus subthalamicus. Luys kalte dette området for (accessory band of the superior olives) og konkluderte at det var et senter for fordeling av påvirkning av cerebellær påvirkning av striatum. Luys kartla også projeksjonene fra nucleus subthalamicus to globus pallidus og projeksjonene til nucleus subthalamicus fra hjernebarken. I dag anses disse banene og strukturene å være sentrale i patofysiologien ved Parkinsons sykdom, hvor nucleus subthalamicus er et viktig målområde for dyp hjernestimulasjon.