鑑於我們的突觸不斷活動，形成記憶似乎是一個難題。我們大腦中神經細胞之間的這些連線，定期來回傳遞化學資訊，據說我們的記憶也分佈在其中。然而，無論分子如何持續交換，我們的記憶仍然保持穩定。根據猶他大學一對研究人員的說法，突觸中支架蛋白的存在將我們的人生經驗錨定在大腦活動的混亂之中。
研究人員已經達成共識，在數小時到數天的尺度上，突觸透過以下兩種過程之一發生化學變化：長時程增強 (LTP)，突觸的加強；或長時程抑制 (LDP)，突觸的減弱。然而，關於是什麼決定了這種強度如何變化，仍然存在爭議。該過程的關鍵之一似乎是 AMPA 受體蛋白的數量，AMPA 受體蛋白與穀氨酸結合，穀氨酸是一種興奮性神經遞質，據信參與學習和記憶。研究人員觀察到 AMPA 從神經元內部移動到突觸的下游末端，但他們仍然不確定進入和離開突觸的遷移是否是決定突觸強度的主要因素。“有很多資料實際上測量了 LTP/LTD 期間突觸強度隨時間如何變化，”理論神經科學家保羅·佈雷斯洛夫說，他使用微分方程系統來模擬 AMPA 受體的運動。“他們知道這些事情會發生，他們對事物如何組合在一起提出假設，但他們沒有做任何定量研究來驗證它是否真的可行。而這基本上就是我們所做的。”
佈雷斯洛夫與數學生物學家伯頓·恩肖一起，將樹突棘——神經元下游末端的蘑菇形狀——設想為一個雙隔室盒子：在最遠端的下游，基本上在突觸中，支架蛋白懸掛著 AMPA 受體，以便它們可以結合來自上游神經元的穀氨酸訊號。另一端則向下通往樹突進入神經元的主體。該小組設計了 10 個微分方程來跟蹤 AMPA 進入和離開突觸的速率。他們在模型中的主要假設之一是隔室之間的擴散很快，並且事物會迅速達到平衡。
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佈雷斯洛夫和恩肖發現，在 LTP 的誘導階段——當一次經歷或刺激引發學習時——新的 AMPA 受體被“推入”突觸以與穀氨酸進行通訊，佈雷斯洛夫說。這一事件通常與流入細胞的鈣離子增加有關。然而，佈雷斯洛夫解釋說，鈣離子濃度的變化發生得太快，無法形成記憶——由於快速平衡，它會在一分鐘內得到解決。“你需要不同時間尺度的機制來使記憶穩定，”他指出。“支架蛋白所做的是將短期記憶轉化為可以持續數小時的事物。”
雖然該團隊的模型證明，在神經元的遠端下游（並進入突觸）對 AMPA 受體可用的支架蛋白的數量在 LTP 期間增加，但他們發現 LDP 的情況正好相反。因此，決定突觸強度的似乎不是 AMPA 受體本身的數量，而是支架蛋白的丰度，從而有效地允許 AMPA 受體接收來自穀氨酸的訊號。“首先，你需要這些支架蛋白，”佈雷斯洛夫評論道。除此之外，他繼續說，“在數小時的時間尺度上，支架蛋白可以進出，所以事情又會失去記憶，所以你需要其他東西，比如改變樹突棘的實際結構。” 與神經科學中的許多其他主題一樣，關於樹突棘是否會改變形狀，或者可能是否會合成新的蛋白質，長期記憶是如何形成的仍然存在爭議。