關於神經元功能的新發現可能有助於科學家理解大腦如何在學習和記憶形成過程中整合資訊。
科學家們發現，當電脈衝從一個神經元傳遞到另一個神經元時，它們不僅會加強兩者之間的突觸（連線），還會促進鄰近突觸的活動，使其更快更容易地學習。研究人員在《自然》雜誌上報告說，這種額外的刺激持續五到十分鐘，可能是記憶形成的關鍵。
研究合著者Karel Svoboda說，這種殘餘效應“是基於所謂的經典可塑性模型預測的”——大腦透過加強或減弱神經元之間的連線來適應的能力——但以前沒有被證實。Karel Svoboda 是弗吉尼亞州阿什本的霍華德·休斯醫學研究所珍利亞農場研究園區的生物物理學小組負責人。“你希望擁有這種聚集性的可塑性”，以保持記憶聚集在一起。
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神經元，或神經細胞，每個都有一對突起——軸突和樹突，分別傳遞和接收脈衝。樹突是一種樹狀結構，有幾個分支，上面佈滿了數百個稱為“棘”的突觸接收末梢，每個棘都與許多其他神經元的軸突相連。當其中一個棘接收到刺激（透過它與另一個細胞的軸突突起形成的突觸）時，棘會擴充套件到突觸中，加強其神經元和另一個細胞之間的連線。這種透過突觸增強通訊的過程稱為長時程增強作用 (LTP)，被認為是學習的基礎。
以前嘗試識別這一過程的努力因方法不夠精確而受阻。研究人員主要使用電脈衝，這不利於良好的空間觀察。Svoboda 和研究合著者 Christopher Harvey（Svoboda 實驗室的研究生）使用了一種更精確的技術。他們在切片的大鼠海馬體（負責短期記憶的大腦區域）的特定突觸處，將一種吸光化學基團連線到神經遞質穀氨酸（大腦中的一種興奮性化學信使）上。當他們用雷射照射穀氨酸時，穀氨酸從其吸光分子捕獲物中釋放出來，從而能夠恢復其功能；它到達突觸中的樹突棘，允許離子進入細胞併產生電訊號。
由於這種刺激，棘突進一步延伸到突觸中。研究人員沒有發現任何證據表明鄰近的棘突也發生了擴張，但他們發現，只需更少的刺激——只有最初刺激的 20%——就可以促使 10 微米（約萬分之四英寸）範圍內的 20 個棘突中的任何一個發生 LTP。科學家報告說，這種效應似乎持續了五到十分鐘。
Svoboda 說，這種協同活動可能解釋了當一個人進入新環境並在該空間內環顧四周，將不同線索聯絡起來時，資訊是如何整合的。“人們不知道這些持續約 10 分鐘的聯絡是如何在神經元中編碼的，”他說。“這為幾分鐘內的聯絡提供了一種可能的機制。”
在一篇隨附文章的社論中，哈佛醫學院神經生物學助理教授 Bernardo Sabatini 表示，Harvey 和 Svoboda 的工作為大腦的神經元連線引入了新的複雜性。
他寫道：“[對於]海馬體中某些形式的活動依賴性可塑性，基本的調節單元可能大於單個突觸”，而是“具有相似放電模式的突觸的物理聚集佇列，其在樹突上的空間排列自然而然地遵循突觸之間相互強化的相互作用。”