Neurosains menerangkan pembentukan ingatan sebagai pengukuhan jangka panjang sambungan sinaptik. Ini adalah apabila isyarat elektrik dan kimia antara sel saraf menjadi lebih kuat dan sambungan sinaptik dikekalkan lebih lama. Ion Na⁺ dan Ca²⁺ memainkan peranan penting dalam proses ini, dengan potensiasi awal membawa kepada ingatan jangka pendek dan potensi lewat membawa kepada ingatan jangka panjang. Pembelajaran berulang dan keadaan emosi juga mempengaruhi pembentukan ingatan.
Banyak kajian dalam neurosains menggambarkan pembentukan ingatan sebagai "potentiation jangka panjang". Menurut teori ini, sel-sel saraf dalam otak membuat sambungan sinaptik yang berkongsi maklumat dengan menghantar isyarat elektrik dan kimia merentasi sinaps, jurang antara sel. Apabila isyarat ini cukup kuat untuk memastikan sambungan sinaptik terbuka untuk masa yang lama, ini dipanggil potensiasi jangka panjang, dan ini adalah bagaimana kenangan terbentuk.
Untuk lebih memahami bagaimana ingatan terbentuk, kita perlu melihat struktur asas dan fungsi neuron. Neuron biasanya terdiri daripada tiga bahagian utama: Badan sel, akson, dan dendrit. Badan sel mengandungi nukleus dan kebanyakan organel sel, manakala akson bertanggungjawab untuk menghantar isyarat elektrik pada jarak yang jauh. Dendrit bertanggungjawab untuk menerima isyarat daripada sel saraf lain. Struktur ini bekerjasama untuk membolehkan penghantaran dan pemprosesan maklumat.
Sambungan sinaptik adalah berdasarkan aktiviti ion dalam sel saraf. Ion bergerak masuk dan keluar dari membran neuron dengan meresap dari kepekatan yang lebih tinggi ke lebih rendah dan dengan berhijrah. Pergerakan ion ini mengubah keadaan neuron. Pertama sekali, jika tiada rangsangan luar, terdapat terutamanya lebih banyak kation di luar membran sel dan lebih banyak anion di dalamnya, mengakibatkan polarisasi, yang membahagikan bahagian dalam dan luar membran sel kepada caj positif dan negatif, masing-masing. Semasa proses ini, neuron berada dalam keadaan stabil. Walau bagaimanapun, apabila terdapat rangsangan luar seperti maklumat baharu, Na⁺ (ion natrium) bercas positif meresap dari luar ke dalam, menyebabkan penyahkutuban, yang mengumpul cas positif di dalam sel. Depolarisasi menyebabkan sel saraf menjadi teruja, membentuk potensi tindakan, yang merupakan isyarat elektrik. Apabila sel saraf menjadi teruja, Ca²⁺ (ion kalsium) dari luar sel meresap ke dalam. Ca²⁺ ini kemudiannya membebaskan beberapa neurotransmitter, termasuk glutamat, yang menghantar isyarat kimia. Isyarat ini mengikat dengan sel saraf lain dan membentuk sambungan sinaptik. Sel yang merembeskan isyarat kimia dipanggil sel presinaptik, dan sel yang menerima isyarat kimia dipanggil sel postsynaptic.
Pengukuhan jangka panjang sambungan sinaptik ini adalah disebabkan oleh peranan asid glutamat dan Ca²⁺. Glutamat yang dikeluarkan oleh sel presinaptik yang teruja merangsang reseptor ampa dan reseptor NMDA pada sel pascasinaptik. Pertama, saluran reseptor ampa terbuka apabila dirangsang oleh sejumlah besar glutamat. Peresapan Na+ ke dalam saluran ini menyebabkan sel pascasinaptik terdepolarisasi dan menjadi teruja. Ini menyebabkan Mg²⁺ (ion magnesium) dikeluarkan daripada laluan reseptor NMDA yang dirangsang oleh glutamat, membuka laluan. Na⁺ dan Ca⁺ kemudian memasuki saluran reseptor NMDA terbuka secara resapan. Kemasukan Ca²⁺ mengaktifkan protein dalam sel, dan protein yang diaktifkan menghasilkan reseptor ampa baharu. Akibatnya, sel pascasinaptik menerima lebih banyak Na⁺, yang meningkatkan depolarisasi, dan kemasukan Ca²⁺ berterusan, membolehkannya kekal teruja lebih lama.
Sel pascasinaptik yang teruja juga menghantar isyarat kembali ke sel presinaptik untuk meningkatkan jumlah glutamat yang dikeluarkannya, mengukuhkan lagi sambungan sinaptik. Ini membolehkan sambungan sinaptik bertahan sehingga tiga jam, yang dipanggil potensiasi jangka panjang awal. Sebaliknya, sambungan sinaptik boleh bertahan selama lebih daripada 24 jam, yang dipanggil potentiasi lewat. Apa yang membezakan potentiation lewat daripada potentiation awal ialah ia melibatkan sintesis protein baru. Memandangkan reseptor ampa berumur pendek, reseptor ampa baharu mesti dibuat untuk mengekalkan sambungan sinaptik, dan ini tidak boleh dilakukan dengan menggunakan hanya protein dalam sel seperti dalam potensiasi awal. Oleh itu, protein baru mesti disintesis untuk terus membuat reseptor ampa. Ahli sains saraf percaya bahawa ingatan jangka pendek terbentuk melalui potensiasi jangka panjang awal dan ingatan jangka panjang terbentuk melalui potensiasi jangka panjang lewat.
Menariknya, proses ini bukan sahaja biologi, tetapi juga sangat berkaitan dengan aspek psikologi pembelajaran dan ingatan. Contohnya, pembelajaran dan pengalaman berulang mengukuhkan sambungan sinaptik, yang menjadikan maklumat atau kemahiran tertentu lebih berterusan dan lebih mudah diingati. Ini menjelaskan mengapa pengulangan dan latihan adalah penting apabila kita mempelajari maklumat baharu. Tekanan dan keadaan emosi juga boleh menjejaskan pengukuhan sinaptik, yang memainkan peranan dalam pembentukan dan ingatan ingatan. Pendekatan integratif ini menunjukkan bahawa neurosains adalah lebih daripada sekadar kajian biologi dan disambungkan kepada banyak bidang lain, seperti psikologi dan pendidikan.
