三、暫時聯係和異源性突觸易化
條件反射的生理基礎是什麼呢？巴甫洛夫認為，條件反射建立的基礎是條件刺激和非條件刺激在腦內引起的興奮灶間形成了暫時聯係。最初，無關動因在相應大腦結構中（如聽覺中樞）引起較弱的興奮灶，而隨後出現的非條件刺激（食物）由於其較強的生物學意義，在腦內食物中樞引起較強的興奮灶，強興奮灶對弱興奮灶的吸引是暫時聯係形成的機製。
這是由於興奮和抑製作為兩種對立的基本神經過程，一經產生就按著擴散、集中和相互誘導的規律不停地運動著。巴甫洛夫通過生理學實驗數據的分析，證明大腦皮層中神經過程的運動使其具備很強的分析綜合能力，對興奮灶之間的強度十分敏感，總是以強興奮灶對弱興奮灶的吸引實現暫時聯係的接通。20世紀50~60年代，細胞電生理學研究與電子顯微鏡的超微結構研究表明，無論是大腦皮層還是其他大腦結構中，每個神經元都接受數以千計、來源不同的神經末梢，形成大量異源性突觸聯係。在一個神經元中，這種來源不同的突觸同時興奮或以較短的時間間隔順序興奮，多次重複就會使該神經元把兩種刺激聚合在一起形成暫時聯係。
20世紀80年代末期，腦生物化學研究發現，在一個神經元內突觸後膜上，分布著多種受體蛋白分子與神經遞質或調質進行選擇性結合，引起突觸後膜的興奮。如果兩種神經遞質同時作用於一個神經元，則引起該神經元兩類突觸後成分的興奮，重複幾次就會形成聯結功能，隻要其中一種突觸興奮，就會使另一個突觸乃至整個突觸後神經元興奮起來。
因此，當代神經科學認識到暫時聯係的形成，是神經元的普遍功能特性，它的組織形態和生理學基礎是大量異性突觸間的易化異源性突觸易化。現在已知異源性突觸易化至少有兩種方式，分別稱突觸前成分間的活動依存性強化機製和突觸前、後間強化機製。前一種機製是條件刺激與非條件刺激傳入神經元發出的突觸前成分相互易化，兩者互為活動依存性關係，隻有兩者極短時間相繼興奮，才能最有效地引起突觸後條件反射神經元的興奮，所以稱之為活動依存性強化機製，異源性突觸易化發生在突觸前成分之間。兩突觸前成分共同作用於突觸後成分上，異源性易化發生在突觸後成分上，稱之為突觸前後間強化機製。
四、長時記憶的生化基礎
多少年來，神經生物學家、心理學家和醫生們都熱切地希望，在人腦中分離出學習過程的特異性分子。它是學習的物質基礎，自然可以用於促進正常人的學習過程和治療智力障礙的患者。懷著這樣一個美好的願望，20世紀50~60年代，曾掀起一個記憶物質轉移的研究熱潮，從經過訓練的大白鼠腦中提出核糖核酸，給未訓練的大白鼠注射，希望能加快後者的學習速度，因注射物中可能含有信使核糖核酸。這類研究得到了似是而非的結局。
70年代初，許多實驗室致力於神經遞質這類小分子物質的研究，結果也未能發現哪種遞質與學習過程具有特異性關係。80年代初，中分子量的神經肽成為研究的熱點，也未得到明確的結論。
80年代中期以來，大分子的受體蛋白、離子通道蛋白與學習過程的關係受到更大的重視。總結這種研究曆程，使我們得到這樣一種認識：學習過程是腦的高級功能，不是某一種特殊分子變化的結果，而是有多種物質經過複雜的代謝環節參與學習過程。當代積累的科學事實表明，由幾個亞單元組成的受體蛋白或酶蛋白，可以同時接受條件刺激和非條件刺激的影響發生變構作用，實現兩種刺激間的聯結。所以，蛋白分子變構作用是學習記憶的基本機製。隻有中、小分子的神經遞質、調質和激素的激發並與之結合，受體蛋白或離子通道蛋白才會發生這類變構作用，成為受環境製約的學習過程的物質基礎。
記憶痕跡理論對長時記憶痕跡本質的設想得到哪些科學事實的支持呢，20世紀60年代，記憶痕跡理論形成時，生物化學家們首先想到核糖核酸。與此同時，也對蛋白質合成進行了大量研究。―八攜帶著蛋白質合成密碼，其代謝速度較快，幾十分鍾內即可合成新的―人。這與短時記憶痕跡轉化為長時記憶痕跡所需時間大體相符。從20世紀60年代至今，生理心理學和神經科學的研究者們，一直試圖從人的研究中，找到長時記憶的物質基礎。
最早報道了關於記憶與你人關係的實驗結果及其理論設想。他提出，動物學習行為鞏固後，腦含量顯著增加，而且化學組成也發生改變。他認為，每種長時記憶都對應於腦內一種特殊結構的！記憶內容再現時，神經元中這種分子立即發生反應。他的這種設想從20世紀60年代到70年代中期，激勵了許多學者進行記憶物質轉移的動物實驗。直到70年代末，記憶物質轉移實驗才冷落下來。但對人的分子生物學及其與長時記憶關係的研究仍以更精細的方式進行著。
的重要功能就是合成蛋白質，與長時記憶痕跡的關係問題，自然包含著蛋白質合成與記憶關係的問題。60年代以來，生理心理學家和生物化學家們，通過兩種途徑探討長時記憶與蛋白質代謝的關係。一種研究路線是注重蛋白質合成抑製劑幹擾蛋白質合成，考察動物的記憶障礙；另一條研究途徑是在記憶形成時，分析動物腦內出現了哪些特殊蛋白質，或哪些蛋白質的合成最活躍。
通常采用放射免疫法定量分析腦內蛋白質的變化。在動物學習得行為模式穩定之後，注人蛋白質合成抑製劑，隔幾小時後檢查動物的長期記憶，則發現顯著的破壞效果。許多實驗研究都表明，隨著蛋白質合成抑製劑應用的劑量和次數的增加，對長時記憶的破壞作用就越強，腦內蛋白質合成的抑製作用也更明顯。這些抑製劑隻影響長時記憶，而不影響短時記憶和學習過程。這說明對於長時記憶痕跡的形成，合成新的蛋白質是必需的。
那麼在長時記憶形成中，合成了哪種蛋白質呢？換言之，哪些蛋白質是長時記憶的物質基礎呢？這個問題弓I起許多生物化學家和神經科學家的濃厚興趣。他們盡可能采用新的生化分析技術，在動物形成長時記憶之後立即處死，取腦分析。結果發現，一些分子量較小的糖蛋白或酸性蛋白質，如3100等代謝快、更新快的蛋白質，在記憶痕跡形成中作用最明顯。
五、哺乳動物
在20世紀60?70年代，海馬作為腦內記憶功能的重要結構已得到普遍的承認。80年代，對海馬中長時程增強效應的研究，也似乎發現了海馬記憶功能的細胞生理學和分子生物學的證據。除了前一節所討論的多重記憶係統的科學事實和新概念外，至少還有以下幾項科學事實對當代記憶機製研究提出了新的挑戰，對這些問題的深入研究，將會促進記憶理論的發展。
海馬三突觸回路中的成為20世紀80年代神經生理學的熱門研究課題，似乎找到了海馬記憶功能的細胞生理學證據。特別是經典條件反射性現象或習得性。
現象的研究，更表明它與學習記憶過程的密切關係。以離體腦片為模型，在20世紀80年代深入研究其分子神經生物學機製，又發現形成的生物化學基礎：條件刺激引起突觸前末梢釋放穀氨酸，在突觸後膜上穀氨酸與受體結合。使鈣離子通道門開放，鈣離子流入突觸後細胞膜內。非條件刺激引起突觸後膜的去極化，並清除鈣離子通道口上的鎂離子，使鈣離子通道暢通無阻。
所以，條件刺激與非條件刺激的結合，能最有效地使大量鈣離子流入細胞內，發揮第二信使的作用。這種發現支持了，及其生化機製不僅可作為學習過程，而且可以作為記憶過程的神經生物學基礎。然而，對現象廣泛地比較研究，卻發現許多不支持其作為學習記憶惟一基礎的科學事實。
（―)現象中，都是重要的調節因素，說明逆信使對突觸可塑性的調節是不可缺少的因素。這一新的作用環節意味著突觸在可塑性變化中，突觸後成分並不是被動的。隻有突觸易化效應和突觸前後雙向作用機製發生某種形式的共同變化，作為記憶基礎的生理過程才會發生。因此，記憶機製的研究必須重視突觸後的反饋作用。
在過去幾年中，神經生物學研究，發現兩大類受體蛋白分子，即配體門控受體家族和蛋白相關的受體家族，均是參與學習機製的主要分子。在配體門控受體蛋白家族中的X位甲基右旋門冬氨酸敏感型興奮性氨基酸受體，在海馬內長時程增強效應。
（二）中具有重要作用。與蛋白相關的受體家族中的5-III受體分子，在經典條件反射和非聯想學習機製中具有重要作用。
在條件反射性―現象形成中，條件刺激單獨作用，可引起突觸前神經末梢釋放大量穀氨酸，繼而與突觸後膜上受體相結合，使受體發生變構作用，從而造成鈣離子通道門開放，其二是非條件刺激造成突觸後膜的去極化，清除了人受體調節通道上的鎂離子，可使鈣離子通道暢通。當條件刺激與非條件刺激結合時，上述兩種過程相繼發生。條件刺激引起受體蛋白分子變構，鈣離子通道門打開，非條件刺激清除通道門附近的鎂離子，這時條件反射性―現象就會建立起來。所以，似人受體蛋白分於可以將條件和非條件刺激聚合在一起，觸發鈣離子在細胞內發揮第二信使的作用，繼續傳遞習得的神經信息，完成經典條件反射建立的基本過程。