Kölschs hovedfelt er innenfor nevrovitenskap og eksperimentell psykologi og omhandler tema som prediktive prosesser, emosjoner, persepsjon, oppmerksomhet og musikkterapi. Basert på sin forskning konkluderer han med at de nevrale ressursene til musikk og språkprosessering har stor grad av overlapp og at aktiviteten i enhver hjernestruktur som har kausal påvirkning på emosjoner, kan påvirkes av musikk. Det siste har betydningsfulle implikasjoner for den terapeutiske bruken av musikk da flere kroniske, somatiske, psykiatriske og nevrologiske lidelser og sykdommer er assosiert med funksjonelle abnormaliteter i disse hjernestrukturene.