الف) پتانسیل بلند مدت : یک راه برای تحقیق در مورد این که آیا با استفاده از یک سلول عصبی ارتباطهای آن نیرومندتر می‌شود این است که الکترودی در سیناپس مورد نظر قرار داده وامواج الکتریکی اش آنرا قبل و بعد از کابرد سیناپس عصبی اندازه گیری شود.
مجموعه‌ای از شوکهای خیلی خفیف و مختصر بوسیله الکترود محرک باعث می‌گردد که تکانه‌های عصبی در آکسونها به وجود آیند. الکترود ثبت کننده ترکیبی از امواج الکتریکی را که در نرون به وجود آید ثبت می‌کند. نتایج نشان می‌دهد که ولتاژ امواج الکتریکی مرکب بعد از هر سری تحریکات افزایش می‌یابد. یعنی این که در مجموعه شوکها، شوک بعدی پاسخ قوی تری را نسبت به شوک قبلی به وجود می‌آورد این افزایش در قدرت امواج الکتریکی به دنبال افزایش استفاده از سیناپس را پتانسیل بلند مدت گویند . تغییراتی که در سیناپس اتفاق می‌افتد باعث می‌شود که تکانه‌های عصبی مشابه تاثیر بیشتری را در سلولهای پس سیناپسی، به وجود آورند (اندرسون، 2002).
این پدیده توجه قابل ملاحظه‌ای را برای محققان حافظه به وجود می‌آورد زیرا امواج الکتریکی فقط در اندازه ثانیه دوام دارند. همچنین مدارهای باز ارتعاشی نیز احتمالاً فقط برای چند ثانیه دوام دارند با این حال پتانسیل بلندمدت ممکن است برای روزها وهفته‌ها باقی بماند. پتانسیل بلندمدت در ارتباط با تغیر رفتاری است که ما آنرا پاسخ‌های آموخته شده می‌نامیم. به عبارت دیگر پتانسیل بلندمدت با تکرار نیرومند می‌گردد و با هر تجربه آموزشی رشد می‌یابد (گراهام، 1990).
البته در رابطه با این که پتانسیل بلندمدت قسمتی از مکانیسم حافظه بلند مدت است باید ملاحظاتی در نظر گرفته شود اول این که این نتایج در شرایط کاملاً مصنوعی آزمایشگاه به دست آمده است دوم اینکه بیشتر آزمایش‌ها بر روی برش‌هایی از هیپوکامپ صورت گرفته و نیز با این که این برشها در داخل محلول بوده اند ولی تعدادی از سلولها به مرور زمان از بین می‌روند با توجه به نکات یاد شده بلیس آزمایشی را بر روی خر گوش زنده انجام داد تا اثبات کند پدیده پتانسیل بلندمدت مصنوعی نبوده و در موجود زنده نیز وجود دارد(لاژه 1375).
بلیس برای این کار از شوک پانزده پالس در ثانیه برای مسیر بریده شده استفاده کرد اگر بسامد این شوکها پائین بود پتانسیل بلندمدت اتفاق نمی‌افتاد و این امر ربطی به دفعات استفاده از سیناپس نداشت. باید گفت که تحریکات الکتریکی به کار برده شده احتمالا شبیه به محرکهای طبیعی است بسامد پانزده هرتز برای تکانه‌های آکسون‌های هیپوکامپ غیر طبیعی نیست . با این حال به نظر می‌رسد که در وضعیت طبیعی، برای تولید پتانسیل بلندمدت به جای یک مسیر عصبی چندین مسیر عصبی همکاری می‌کند. تقویتهای سیناپسی بسیار شبیه پتانسیل بلندمدت در بسیاری از حیوانات که در فر آیند آموزشی رفتاری شرکت دارند نیز دیده شده است.
طی آزمایشی که بر روی شرطی سازی بازتاب غشای پلکی صورت گرفت، آزمایش گران پس از آزمایش 200% امواج الکتریکی بیشتری نسبت به قبل از آزمایش به دست آورند در یک مطالعه دیگر برشهای هیپوکامپی که از دو موش به دست آمده بود بررسی شد :یکی از موشها در محیط عادی و به صورت تنها پرورش یافته بود و دیگری در یک محیط غنی که شرایط را برای یادگیری بیشتر فراهم می‌آورد رشد یافته بود(کالات، 2007).
وقتی مسیر‌های بریده شده آنها از نظر قدرت امواج الکتریکی مورد اندازه گیری قرار گرفت موشی که در محیط غنی رشد کرده بود از نظر میزان این امواج بالاتر بود. بنابراین موقعییت یاد گیری طبیعی تغییراتی را در هیپوکامپ ایجاد می‌کند که خیلی شبیبه به پتانسیل بلند مدت است. شواهدی وجود دارد که نشان می‌دهد پتانسیل بلند مدت می‌تواند در سیناپس‌های خارج از هیپوکامپ نیز وجود داشته باشد. با این حال هنوز معلوم نیست که آیا پتانسیل بلند مدت می‌تواند در تمام قسمتهای مغز که جایگاه یاد گیری است اتفاق افتد یانه؟ ولی حداقل در داخل هیپوکامپ پتانسیل بلند مدت به عنوان بخشی از فر آیند شکل گیری حافظه است .
با توجه به این که یادگیری جدید باعث پیچیده تر شدن و ایجاد روابط جدید بین نرون‌هاست بنا بر این، به طور کلی نرونها می‌توانند ارتباطهای سیناپسی خود را با تغییراتی که در ساختار خود به وجود می‌آورند وسعت بخشند و بر این اساس دو نوع تغییرات ساختاری ممکن است اتفاق بیافتد:یا سیناپس جدید به وجود آید و یا این که سیناپس‌های قبلی نیرومندتر شوند.
ب) تشکیل سیناپس‌های جدید: آکسون‌ها در طی دوران جنینی و خردسالی در مغز رشد کرده و رشته‌های جانبی به وجود می‌آورند و در نتیجه در ارتباط با نرون‌های دیگر به طور مدوام سیناپس‌های جدید به وجود می‌آیند که این فرآیند در مغز بالغ از بین می‌رود اما احتمالاتی وجود دارد که در شرایط تحریکی مناسب دوباره فرآیند مورد نظر برگشت نماید. برای مثال هنگامی که مغز آسیب می‌بیند ممکن است رشد سیناپس‌های جدید کوششی برای جبران این آسیب یا نقص باشد. همچنین در شرایط یادگیری ممکن است تغییرات ساختی در سیناپس‌ها به وجود آید که اساس حافظه باشد. اگر چنین تغییراتی وجود داشته باشد، باید محققان قادر باشند شواهدی را در ارتباط با آن بیابند. فرآیند جوانه زدن اکسون‌ها بهترین شاهد برای وجود این تغییرات در مغز بالغ است. رشد پایانه‌های جدید را در مغز بالغ جوانه زدن می‌گویند که در بیشتر موارد به عنوان پاسخی به آسیب در هیپوکامپ مورد مطالعه قرار گرفته است(گایتون، 2008).
سئوالی که پیش روی محققان حافظه است این است که آیا تجربیات ارگانیسم (یادگیری) می‌تواند بر روی فرایند طبیعی پیدایش سیناپس‌ها تاثیر بگذارد یا نه؟ یافته‌ها نشان می‌دهد که اگر از سیناپس اخیراً استفاده زیادی شده باشد (یادگیری) نه تنها سیناپس‌های جدید شکل می‌گیرند، بلکه ارتباط سلولهای مجاور آکسون که قبلا وجود داشته نیز دوباره برقرار می‌شود. بنا بر این گیری ارتباطهای نیرومندتری را بین مدارهای یک پتانسیل به وجود می‌آورد به طوری که پس از مدتی می‌توانند دوباره فراخوانده شده و به آسانی فراموش نگردند.
محققان نشان داده اند که برخی از انتقال دهنده‌های عصبی حافظه را مختل می‌سازند و برخی دیگر حافظه را تقویت می‌کنند. مثلاً سروتونین و استیل کولین هردو ذخیره سازی را در حافظه تقویت می‌کنند و نوراپینفرین نیز همین کار را انجام می‌دهد. برخی از هورمون‌های طبیعی نیز موجب افزایش قابلیت دسترسی به گلوکز در مغز می‌شوند که کارکرد حافظه را تقویت می‌کند. این هورمون‌ها معمولاً بارویدادهای برانگیخته همراه هستند. رویدادهایی مثل ضربه شدید شغلی، پیشرفت زیاد در کاربحران یا لحظه‌های اوج هیجان. ترشح هورمون‌ها می‌تواند بر ماندگاری این رویدادها اثر داشته باشد.(گایتون، 2000).
شناخت مولکولی ساختار عصبی نشان می‌دهد که ساختارهای مغزی مانند دندریت‌ها به مقدار زیادی از پروتئین تشکیل شده اند اگر ردهای عصبی شامل بافت‌های مغزی است که تازه به وجود آمده اند، پس باید میزان ساخته شدن پروتئین در هنگام شکل گیری حافظه افزایش یابد. شواهدی که در این رابطه بدست آمده ناشی از تزریق دارویی به نام آنیزومایسین که یک مهار کننده پرو تئین سازی است می‌باشد.
این دارو به صورت مستقیم به داخل مغز موشهایی تزریق گردید که در حال یادگیری یک مهارت بودند در آزمون یادداری روز بعد موشهایی که محلول آب نمک خنثی را دریافت کرده بودند قادر به یاد آوری مهارت بودند در حالی که موشهای که داروی آنیزومایسین به آنها تزریق شده بود از خود فراموشی نشان دادند. در ظاهر ناتوانی در ساختن پروتئین مانع از شکل گیری حافظه بلند مدت شده بود (گراهام، 1990).
ج)تقویت سیناپس‌های موجود: آزمایش‌ها با داروی مهارکننده پروتئین سازی نشان می‌دهند که باید نوعی قالب و مکانیسم ذخیره سازی کوتاه مدت در کار باشد که بتواند خاطرات را برای چند ساعت نگه دارد تا مکانیسم‌های ذخیره سازی بلندمدت (ساخته شدن سیناپس‌های جدید و غیره) وارد عمل گردند. به دلیل این که این مکانیسم خاطرات را برای چند ساعت در خود ذخیره می‌کند این مدت زمان بیشتر از زمان لازم برای حافظه کوتاه مدت است (کمتر از 30 ثانیه). بنابراین نمی‌توان آن را با حافظه کوتاه مدت برابر دانست . بعضی از نظریه پردازان، از حافظه میان مدت صحبت می‌کنند که حافظه کوتاه مدت را به حافظه بلند مدت متصل می‌کند. شواهد نشان می‌هد که شکل گیری حافظه بسیار پیچده تر از این است. بحث بر حافظه میان مدت به این معنی است که چه مکانیسمی بعد از فرایند باز ارتعاشی، ردهای عصبی را تا شکل گیری ارتباطهای سیناپسی جدید بین نرون‌ها، نگه می‌دارد؟ این مکانیسم سیناپسهای موجود را درگیر می‌کند و یکی از نتایجی است که از نیرومند سازی سیناپسهای موجود ناشی می‌شود(گراهام، 1990).
شاشوا(1985) فرض می‌کند که پروتینهای تشکیل شده در مراحل اولیه آموزش می‌توانند به عنوان قالب فوری و موقتی به منظور هدایت پروسه «کندترساخته شدن ساختارهای جدید» به کار گرفته شوند. بر طبق این فرض وی آزمایشی را بر روی ماهی‌ها انجام داد. در یک آزمایش ماهی‌ها باید یاد می‌گرفتند که چطور وقتی یک جسم شناور به آنها می‌چسبد، تعادل خود را حفظ کنند. اغلب ماهی‌ها بعد از سه ساعت تمرین بر این مشکل فائق می‌آمدند. در پایان چهار ساعت تمرین جسم شناور برداشته می‌شد و سپس نوعی اسید آمینه برای ساخته شدن پروتئینی خاص به آنها تزریق می‌گردید و مجدداً به این اسید آمینه فرصت داده می‌شد تا توسط ماهی‌ها (شناور در آب)جذب شده و در ساختن پروتئین‌ها بکار برده شود. سپس مغز ماهیها را از نظر نوع پروتئینها مور بررسی قرار می‌دادند(پینل، 2007).
سه نوع پروتئین در گروه ماهی‌های آموزش دیده بیشتر از گروه کنترل بود. وقتی مغز ماهیهای آموزش ندیده را با مغز ماهیهای که در یادگیری این مهارت شکست خورده بودند مقایسه کردند تفاوتی از نظر غلظت این نوع پروتئین نیافتند. ظاهراً فقط بعضی از پروتئین‌های خاص بعنوان نتیجه‌ای از یادگیری تجربه‌ها ساخته می‌شوند . دو نوع از این پروتئین‌ها βوϓ(بتا و گاما) بطور جداگانه مطالعه شده اند این پروتئین‌ها در ناحیه‌ای از مغز میانی که منطقه اپیندیمین‌ها خوانده می‌شود غلظت بالا تری دارند به همین دلیل آنرا پروتئین‌های βوϓایپیندمین‌ها نامیده اند این پروتئین‌ها یک مغز طبیعی هستند که در داخل سلولها ساخته می‌شوند و سپس داخل مایع برون سلولی ریخته می‌شوند تا بین نرونها گردش کنند(گایتون و‌هال، 2000).
برای پاسخ به این سئوال که آیا این پروتئینها واقعاً در خلق یک رد عصبی دخالت دارند شاشوا آزمایشی دیگر انجام داد که طی آن با تزریق یک آنتی سرم که از ملکولهای آنتی بادی تشکیل شده بود مانع از اجرای عمل طبیعی پروتئینهای βوϓمی شد. نتایج نشان داد ماهیهایی که این آنتی سرم را دریافت کرده بودند قادر به یاد آوری آنچه آموخته بودند نبودند. این آزمایش نیز نشان داد که از بین بردن فعالیت پروتئین سازی فقط در حول وحوش زمانی که آموزش شروع می‌شود مانع از یادآوری می‌شود. وقتی شاشوا 48ساعت بعد از آموزش آنتی سرم را تزریق نمود، اثری بر روی حافظه نداشت. به ظاهر این ایپیندیمین‌ها بخشی از نوعی ردهای عصبی موقت هستند که مقدم بر حافظه بلندمدت هستند(گایتون و‌هال، 2000).
فرضیه شاشوا همچنین مربوط می‌شود به این که چگونه ایپیندیمین‌ها بوسیله یون‌های کلسیم کنترل می‌شوند. اگر غلظت یون‌های کلسیم در مایع برون سلولی کمتر از اندازه طبیعی باشد، پروتئین‌هایی که به یکدیگر می‌چسبند واکنشی به نام پلی مری سازی صورت می‌دهند و بدین طریق پروتئین‌های درشت تری به وجود می‌آورند و لذا نرون، سیناپسی قوی تر خواهد داشت. اگر این سیناپس بخواهد نیرومند شود، لازم است سلول پیش سیناپسی ارتباط‌های نیرومندتری را با سلول پس سیناپسی ایجاد کند که با تعریفی که از رد عصبی داده شد، یکسان است(لاژه، 1375).
به نظر می‌رسد که بر طبق این یافته‌ها زمان یادگیری دارای اهمیتی حیاتی در یادداری است. به طوری که عدم تکرار و تمرین می‌تواند به شدت بر عملکرد حافظه تاثیر منفی داشته باشد. تمرین وتکرار مخصوصا از نوع بسط دهنده باعث می‌شود که حلقه‌های ارتباطی تشدید کننده وسیع تری در ناحیه مورد نظر به وجود آید تا یک الگوی فعال ساز شبکه‌ای ایجاد شده و یادگیری پایدارتر باشد.
با اینکه در فرضیه شاشوا وقایع مربوط به حافظه در سمت سلول پیش سیناپسی مورد تاکید قرار گرفته اما اطلاعات قابل توجه و مهم از طرف دیگر یعنی پس سیناپسی به دست آمده است. دندریتهای نرونهای قشری و تعدادی از نرونهایی هیپو کامپ دارای بر آمدگیهای دنددریتی هسستند که اغلب سیناپسهای تحریکی بر روی این ساختارها قرار دارند (کالات، 2007).
این برآمدگیها دارای شکل مختلف هستند ولی می‌توان آنها را به طور کلی در سه طبقه قرار داد. این سه طبقه عبارتند از: لاغر، قارچ مانند و کلفت و کوتاه. امواج الکتریکی تولید شده بوسیله یک برآمدگی دندریتی لاغر ضعیف تر از امواج الکتریکی تولید شده بوسیله یک برآمدگی کلفت و کوتاه است. بنابراین برآمدگی‌های کوتاه وکلفت (در صورت ثابت بودن عوامل دیگر) امواج الکتریکی بیشتری تولید می‌کند و با این وصف شکل بر آمدگی‌ها عامل قابل توجه و مهمی به نظر می‌رسد(رجایی و صارمی 1387).
فرانسیس کریک (1982)عنوان نمود که بر آمدگی‌ها ممکن است از نظر شکل تغییر یابند و این تغییرات ممکن است زیر بنای حافظه باشند. او ملاحظه کرد که برآمدگی‌ها از رشته‌های ظریفی پر شده اند که داخل آنها را پَر مانند ودرشت می‌کند. همچنین اظهار کرد این برآمدگی‌ها ممکن است رشته‌های پروتئینی مانند آکتین (که پروتئینی عضله‌ای است) باشند. این رشته‌ها می‌توانند انقباض حاصل نموده و شکل برآمدگی را تغییر دهند این عقیده ممکن است در توضیح حافظه میان مدت ما را یاری دهد. رشته‌های آکتین در درون بر آمدگی‌ها باید قادر باشند به سرعت به دسته‌ای از محرکهایی که موجب پتانسیل بلند مدت می‌شوند واکنش نشان دهند
بعضی از محققان پتانسیل بلند مدتی در هیپوکامپ به وجود آوردند و سپس تغییرات به وجود آمده در بافت‌های بر آمدگی را مطالعه کردند. آنها بیشتر برآمدگی‌های قارچ مانند و کلفت و کوتاه را کشف کردند(لانچ وبودری). گرینوف نیز تعداد برآمدگی‌های کلفت وکوتاه را در بافتهایی که در آنها پتانسیل بلند مدت تولید شده بود پیدا کرد(گراهام، 1990).
2-12-4 فیزیولوژی حافظه

                                                    .