Terje Lømo oppdaget i 1966 at et bestemt kontaktpunkt (“synapse”) mellom to nerveceller i hjernen øker i effektivitet etter at kontakten har vært i intens bruk i en kort periode, og at denne økningen i effektivitet er varig. Slik “long-term potentiation” (LTP) av synaptisk effektivitet ble fra da av sett som en mulig mekanisme for læring og hukommelse og har derfor vært gjenstand for omfattende studier både av Lømo selv og av andre fysiologer i en rekke land. Lømo er også internasjonalt kjent for sine studier av synapsen mellom nerveceller og muskelceller.
Terje Lømo vokste opp i Ålesund og studerte medisin først i Oslo og deretter i Bergen. Under siste del av medisinstudiet fikk han hjelp av Alf Brodal til å tilbringe et år som studentstipendiat ved det fysiologiske instituttet ved Universitetet i Pisa. Dette var starten på en livslang forskerkarriere. Etter avsluttet studium, turnustjeneste og militærtjeneste, inviterte Per Andersen ham i 1964 til å begynne som stipendiat i sitt laboratorium. Resten av sitt yrkesaktive liv har Lømo tilbrakt ved samme institutt, fra 1968 som leder av sin egen forskningsgruppe, bare avbrutt av fire lengre forskningsopphold i utlandet.
Terje Lømos studieobjekter fra 1964 og inn i pensjonsalderen har vært de kontaktpunktene mellom nerveceller og mellom nerveceller og muskelceller som kalles synapser. Synapsene leder som regel bare impulsoverføringen en vei, fra den presynaptiske cellen til den postsynaptiske cellen. Spesielt har Lømo studert synapsenes plastisitet, altså hvordan de kan endre egenskaper som resultat av aktivitet enten presynaptisk eller postsynaptisk.
Lømos første og viktigste oppdagelse ble gjort under arbeidet med doktoravhandlingen. Han studerte en spesiell synapse i en del av hjernen som kalles hippocampus og som er involvert i læringsprosesser. Han oppdaget da at hvis de presynaptiske cellene ble stimulert med en høy frekvens av nerveimpulser i en kort periode, ble responsen til de postsynaptiske cellene på etterfølgende enkeltimpulser endret slik at synapsen ble mer effektiv. Denne økningen i effektivitet blir med engelsk terminologi kalt “long-term potentiation” (LTP). Funnet ble publisert i et kongress-sammendrag i 1966, men først etter avslutningen av doktorarbeidet i 1968 ble det fulgt opp på systematisk vis, og da i samarbeid med en engelsk gjesteforsker i Oslo, Tim Bliss. Deres felles arbeid om LTP, som ble publisert 1973, regnes som det grunnleggende arbeidet i et stort forskningsfelt innenfor nevrofysiologi. Det tok likevel nesten ti år før arbeidet ble oppfattet som viktig for forståelse av læring, og før forskningsfeltet for alvor begynte å vokse.
I mellomtiden hadde Terje Lømo begynt studier av en annen synapse, forbindelsen mellom motoriske nerveceller og tverrstripete muskelceller, i laboratoriene til nobelprisvinneren Bernhard Katz og Ricardo Miledi ved University College i London. Lømo viste at hvis nerven til muskelen ble blokkert slik at nerveimpulser ikke nådde frem til muskelen, ble muskelen overømfintlig for det overføringsstoffet (acetylcholin) som normalt slippes ut av den presynaptiske nervecellen. Lømo utviklet en teknikk til å stimulere muskelcellen direkte og viste med denne metoden at slik stimulering motvirket utviklingen av supersensitivitet. Dette funnet førte til at den fremherskende hypotesen på den tiden, nemlig at mangel på bestemte stoffer fra nervecellen var ansvarlig for supersensitiviteten, måtte forkastes. Senere har Lømo vist at egenskapene til muskelcellene kan endres radikalt ved å endre den postsynaptiske nerveimpulsaktiviteten.
Etter et forskningsopphold ved Stanford University i begynnelsen av 1990-årene tok Terje Lømo opp molekylgenetiske metoder i sine studier av nerve-muskel synapser. Sammen med sine medarbeidere utviklet han metoder for å injisere DNA som koder for bestemte proteiner, inn i muskelceller på levende forsøksdyr. Metoden gav interessante resultater knyttet til impulsoverføringen til muskelceller, men viste seg også å ha anvendelsesmuligheter langt ut over disse problemstillingene. Metoden er patentert og har gitt opphav til et firma (Inovio AS).
Terje Lømo har en sympatisk og beskjeden personlighet. Han liker ikke å stikke seg frem, og trives best når han kan arbeide eksperimentelt i laboratoriet med sine nevrofysiologiske problemstillinger. Han fikk Andres Jahres medisinske pris 2003.