通常用来描述大脑的类比是，它由相互连接的微型计算机组成。这些计算机或神经元中的每一个都处理和中继来自数千个其他神经元的活动，从而形成复杂的网络，使我们能够感知周围的环境，做出决定并指导我们的行动。神经元之间的通信通过称为突触的微小连接发生，并且每个神经元将跨这些突触的活动整合在一起，以形成单个输出信号。但是，并非所有的突触都是一样的。会聚到单个神经元上的突触的大小不同，大小与强度相关：与较小的突触相比，较大的突触更强，并且对神经元输出的影响更大。但是为什么有些突触比其他突触更强大，

一种众所周知的理论提出了答案。电路发展的赫比模型认为，两个神经元之间突触的强度由他们活动的相似性决定。高度活跃的神经元之间的突触比不经常活跃的神经元之间的突触更强。这种关系为成熟神经元中存在的突触大小的多样性提供了清晰的预测。大型突触将与其他具有非常相似的响应特性的神经元形成，这些突触在确定神经元的输出中起主要作用。相反，小的突触将由具有较少相似响应特性的神经元产生，并且对神经元响应的影响较小。尽管有一些证据支持该模型，但是直接测试需要测量单个突触的活动，其大小和神经元的输出信号，而现有技术很难实现这种组合。

现在，马克斯·普朗克佛罗里达神经科学研究所(MPFI)的一个跨学科科学家小组首次报告了一种新颖方法的结果，该方法可以使他们完成这些测量。他们的工作发表在《自然》杂志 上，挑战了赫比模型的预测，表明突触的大小与反应相似性无关，并暗示神经反应特性反映了活跃和弱突触的总数。

MPFI Fitzpatrick实验室的博士后研究员Benjamin Scholl受到启发，在视觉皮层中探索了这个问题，他可以利用这一事实，即单个神经元对神经的反应表现出高度的选择性视觉场景中的不同特征，例如边缘的方向或移动物体的方向。这种现象称为特征选择性，是通过整合成千上万个传递不同信号的突触而产生的，但确切的发生方式尚不清楚。“我们的目的是检验以下假设：强突触的反应与神经元的特征选择性紧密匹配，而弱突触的反应与神经元的特征选择性紧密匹配。”该研究的共同第一作者斯科尔解释道。为了检验这个假设，科学家利用光学显微镜技术实时观察单个神经元上突触群体的活动。但是仅此技术就有严重的局限性，只能观察到突触活性，而不能观察其强度。

为了测量突触强度，由Naomi Kamasawa博士与MPFI的电子显微镜核心设施的另一批科学家组成了一个团队。该论文的第一作者，电子显微镜专家康农·托马斯(Connon Thomas)解释说：“电子显微镜可以在纳米尺度上捕获突触的极其详细的图像，使我们能够对其结构进行精确的测量。” “这些结构测量结果告诉我们每个突触的强度。首先通过光学显微镜检查突触的活性，然后通过电子显微镜测量那些相同的精确突触的强度，我们知道我们可以回答这个问题。” 这些技术的组合，称为相关光和电子显微镜(CLEM)，

在最初的结果中，研究小组没有发现任何意外：一些突触与神经元共享特征选择性，而另一些则不同。一些突触很小(弱)，而另一些突触很大(强)。但是，当将这些数据放在一起时，作者惊讶地发现强突触和弱突触都显示出各种各样的功能特性：理论上没有严格的关系。然而，通过检查整个突触种群的活动，研究人员认识到他们已经发现了特征选择性的可能突触基础。“我们观察到了“数字强度”现象。我们的数据表明，神经元的特征选择性来自激活的突触总数，包括强和弱，” Scholl说。“事实上，

这些结果挑战了流行的理论，即强突触仅在具有相似响应特性的神经元之间发现，并在确定神经元的特征选择性中起主导作用。取而代之的是，选择性似乎是从突触的总数中得出的，这表明突触民主(类似于民众投票)是最重要的。这仍然留下了为什么有些突触的问题比其他人更强大，并且正在使用这些技术进行研究，以探索突触连接的其他方面可能很重要。托马斯说：“结合神经元的结构和功能测量，可以更全面地了解我们的大脑如何计算信息。” “ CLEM技术使我们能够突破关于大脑基本运作的知识范围。” 这项工作强调了创造性的协同作用，这种协同作用是由来自不同学科的好奇心驱动的科学家召集在一起，使人们无法预料的神经回路组织有了新的见解，并为明天了解脑功能障碍奠定了基础。