神经元是大脑中的基本信息处理结构，由三个主要部分组成：树突、轴突和胞体。树突接收并整合突触输入，这些输入随后在胞体中处理并通过轴突传递给其他神经元。一个长期存在的问题是了解突触输入如何在单个神经元的复杂树突结构上排列，以便更好地理解树突如何处理和转换输入，最终影响我们如何感知周围的世界。马克斯普朗克佛罗里达神经科学研究所 (MPFI) 科学主任兼首席执行官 David Fitzpatrick 博士实验室的最新发现为这个问题和皮层神经元的普遍特性提供了更多启示。

Fitzpatrick 实验室的研究人员 Benjamin Scholl 博士和 Dan Wilson 一直在研究突触输入在树突上的空间排列，以及这种排列如何影响视觉皮层中的计算。Wilson 等人 (2015) 的先前研究表明，视觉皮层神经元中突触输入的方向选择性和功能聚类与局部树突事件相关，从而增强了躯体调节。在他们最近于 11 月 2 日发表在《神经元》杂志上的论文中，Scholl 和 Wilson 研究了这种聚类是否存在于更精细的尺度上，以及皮层细胞接收的各种功能输入中。

为了研究精细突触聚集，研究人员提供了简单的视觉刺激，以激活单个树突棘上的单个兴奋性输入，树突棘是树突上的蘑菇状小突起。这些视觉刺激使作者能够绘制空间感受野(视觉空间中刺激引起特定神经元或突触输入反应的区域)和极性(亮度增加(开)或减少(关)的偏好)。使用遗传编码钙指示剂的体内双光子成像，绘制和可视化了单个 2/3 层神经元上的大量棘，从而提供了亚细胞和细胞活动的测量值。

在单个树突分支和整个树突场中，他们没有发现存在全局组织的证据。然而，经过仔细检查，他们发现局部存在强大的功能性突触聚集。相隔不到 10 微米的相邻树突棘在它们编码的各种感官特征中具有相似的功能特性。此外，相邻的树突棘表现出自发的和感官驱动的共同活动，这些活动可以独立于全局树突钙化事件发生，主要由在体细胞中发起的动作电位驱动。这些特征的距离依赖关系存在于 5-10 微米的空间尺度上，这种无处不在的空间长度常数可能表明在树突内运作的短程可塑性机制存在根本的生物学限制。“输入的聚集似乎比我们之前想象的更普遍，”Scholl 说。“我们才刚刚开始认识到树突场的复杂性。”