Будучи уже известным хирургом, Николай Михайлович основал и возглавил отдел биологической кибернетики в Институте кибернетики Академии наук УССР. Под его руководством были проведены фундаментальные исследования систем саморегулирования сердца, проведены разработка и построение физиологической модели «внутренней среды организма» человека, моделирование на ЭВМ основных психических функций и некоторых социально-психологических механизмов поведения человека. Будущее медицины ученый связывал и с достижениями смежных наук – биологии, физики, химии, кибернетики. Последняя, по его убеждению, должна поставить медицину в ряд самых точных наук. Интересен взгляд Амосова на человеческий организм с позиций биокибернетики: «Человек – это сложная самообучающаяся и самоорганизующаяся система. Она работает по многочисленным, строго определенным программам. Если развитие организма идет в соответствии с программой, человек здоров. Болезнь же – не что иное, как разрушение программы под воздействием биологических, физиологических и других факторов». Главную задачу медицины будущего Н. М. Амосов видел в нахождении путей искусственного регулирования организма, в приведении его в соответствие с заданной программой. Мечтой ученого было создание искусственного разума. Позже, в 1978 году Николай Михайлович был удостоен Государственной премии УССР – за исследования в области биокибернетики. А между тем в семье Амосовых происходили то радостные, то грустные события. Лидия Васильевна окончила мединститут, исполнилось ее заветное желание – она стала хирургом, оперировала даже легкие. К сожалению, через семь лет у ее матери случился инсульт с полным параличом, нужен был специальный уход. И пришлось Лидии Васильевне перейти на легкую работу – физиотерапию, чтобы иметь возможность ухаживать за матерью. Больше в хирургию она не вернулась.
1961 год стал для Николая Михайловича обильным на награды: ему была присуждена ленинская премия, он был награжден орденом Ленина и избран членом-корреспондентом АМН СССР.
В 1962 году делегация советских ученых во главе с академиком П. А. Куприяновым, в составе которой был и Амосов, совершила турне по клиникам США: познакомились с известными кардиохирургами – Лилихаем, Кирклином, Блэлоком и другими, посмотрели много новых операций. В тот год на первое место выдвинулась проблема протезов сердечных клапанов. Американец Старр создал шаровой клапан, а в амосовской лаборатории была придумана и реализована своя модель – из полусферы, дополненной специальной обшивкой корпуса, препятствовавшей образованию тромбов. «Интересно, что Старр придумал то же самое и почти в то же время», – писал с гордостью Амосов.
