Функциональная гипотеза Дж. Экклса предполагает, что обучение состоит в длительных пластических изменениях межнейронных связей, представляющих собой стойкое повышение эффективности определенных синапсов в результате посттетанической потенциации. На клеточных аналогах корково-коркового условного рефлекса, где в качестве условного стимула использовалась прямая стимуляция через электрод участка коры, отдаленного от места регистрации активности коркового нейрона, а в качестве безусловного стимула — эффективное для регистрируемого нейрона раздражение ближайшей к нему поверхности коры, было обнаружено в большей части нейронов быстрое и кратковременное усиление ВПСП в результате развития механизма корковой посттетанической потенциации.

Для более точного анализа механизмов пластических перестроек исследователи пользуются регистрацией моносинаптических реакций, что составляет значительные методические трудности. Неоднократно предпринималась попытка экспериментальной проверки гипотетического механизма обучения по ассоциации пресинаптической активации и надпорогового возбуждения постсинаптического нейрона (см. рис. 23, В). Наиболее отчетливое и длительное усиление моносинаптических ВПСП и импульсной реакции нейрона (моторной коры кошки) были получены в опытах, где в качестве условного стимула использовалось раздражение пирамидного тракта, а безусловным стимулом служило внутриклеточное возбуждение этих же нейронов или их антидромная стимуляция. Опыты показали, что в значительной части нейронов (до 40%) наблюдается отчетливое возрастание амплитуды ВПСП и сильное (в 10 раз) увеличение импульсного разряда клетки на условный стимул. Поскольку процедура псевдообусловливания (т. е.  предъявление условных и безусловных стимулов в случайном порядке) оказалась неэффективной, полученные пластические перестройки рассматривают как аналогичные условнорефлекторным. Важно отметить, что сочетание условных стимулов с подпороговой (антидромной) активацией нейронов не приводило к выработке условного рефлекса. Из этих работ следует, что возрастание синаптической проводимости оказывает непосредственное воздействие на мембранные процессы нейрона (в форме изменения сопротивления и деполяризационного сдвига мембранного потенциала). Таким образом, эти данные указывают, что основной механизм условного рефлекса составляет процесс усиления эффективности синаптических связей при участии мембранных процессов нейрона.