1949 veröffentlichte der kanadische Psychologe Donald Hebb — damals in Montreal — The Organization of Behavior mit einem Postulat, das knapp genug war, um das übrige Jahrhundert lang zitiert zu werden: wenn ein Axon der Zelle A nahe genug ist, eine Zelle B zu erregen, und wiederholt am Feuern von B mitwirkt, findet in einer der beiden Zellen oder in beiden ein Wachstumsvorgang statt, durch den die Wirksamkeit von A — als eine der B feuernden Zellen — steigt. Im Werkstattjargon wurde daraus: was zusammen feuert, verdrahtet sich zusammen. Das Postulat war Theorie. Vierundzwanzig Jahre später, 1973, lieferten Tim Bliss und Terje Lømo in Oslo die experimentelle Bestätigung: stimulierten sie eine präsynaptische Bahn im Hippocampus eines narkotisierten Kaninchens mit hoher Frequenz, blieb die postsynaptische Antwort auf nachfolgende Testimpulse über lange Zeit erhöht. Sie nannten das Phänomen Langzeit-Potenzierung — LTP.
Langzeit-Potenzierung ist eine dauerhafte Verstärkung synaptischer Übertragung durch musterhafte Aktivität. Die kanonische Variante, untersucht in der CA1-Region des Hippocampus, verlangt Koinzidenz zwischen starker präsynaptischer Aktivität (mit Glutamatfreisetzung) und postsynaptischer Depolarisation — genau die löst den Magnesium-Block der NMDA-Rezeptoren und lässt sie Calcium durchleiten. Der Calciumeinstrom stößt eine Kaskade an, die neue AMPA-Rezeptoren in die postsynaptische Membran einbaut, den dendritischen Stachel vergrößert und in der Spätphase der LTP die Genexpression umstellt und neue Proteine synthetisiert, damit die Veränderung dauerhaft wird. Nachfolgende präsynaptische Spikes lösen so größere postsynaptische Antworten aus — die Synapse ist potenziert. Die Spike-Timing-abhängige Plastizität verfeinerte die Regel: der präsynaptische Spike muss kurz vor dem postsynaptischen eintreffen (innerhalb von rund zwanzig Millisekunden), damit es zur Potenzierung kommt; die umgekehrte Reihenfolge erzeugt Depression. Diese Anordnung setzt kausales Lernen um — Verbindungen werden nur dann gestärkt, wenn das präsynaptische Ereignis das postsynaptische plausibel mitverursacht hat. Das Gehirn speichert verschiedene Arten von Gedächtnis an verschiedenen Orten. Das episodische Gedächtnis für einzelne Ereignisse hängt am Hippocampus und am medialen Schläfenlappen — der Fall des Patienten H. M. wurde berühmt, als die beidseitige Hippocampektomie ihm die Fähigkeit nahm, neue episodische Erinnerungen zu bilden, ältere aber unberührt ließ. Das semantische Gedächtnis für allgemeines Wissen wandert auf Wochen- bis Jahresskalen in kortikale Speicher. Das prozedurale Gedächtnis für das Radfahren hängt an Basalganglien und Kleinhirn. Das Arbeitsgedächtnis läuft auf anhaltender Aktivität im präfrontalen Cortex — gar nicht auf LTP. Das System arbeitet rekonstruktiv, nicht reproduktiv: jeder Akt des Erinnerns ist auch ein Neukodieren, und der Abruf kann die Erinnerung durch Rekonsolidierung verändern. Das ist der strukturelle Grund für Ebbinghaus' Vergessenskurven, Loftus' Befunde zu falschen Erinnerungen und die Unzuverlässigkeit von Augenzeugenaussagen.
Die Alzheimer-Krankheit — die häufigste Demenzursache — kennzeichnen Amyloid-Plaques und Tau-Fibrillen, die die synaptische Funktion stören; neue amyloid-räumende Antikörper (Lecanemab, Donanemab) sind die ersten FDA-zugelassenen krankheitsmodifizierenden Medikamente (~2023–24), mit bescheidener klinischer Wirkung. Die PTBS wird zunehmend als Konsolidierungspathologie verstanden — emotional saliente Erinnerungen, die zu fest gespeichert werden — und über Rekonsolidierungs-Protokolle (Propranolol während des Abrufs) sowie MDMA-gestützte Psychotherapie behandelt. Optogenetische Manipulation von Erinnerungen im Tiermodell — einzelne Erinnerungen einpflanzen und löschen — ist von der Möglichkeit zur Routinetechnik gereift. Verteiltes Üben — über die Zeit gestreute Wiederholungen halten länger als geblockte — ist die Grundlage jeder Karteikarten-App (Anki, Duolingo, RemNote, Polymathic selbst); der zugrundeliegende Spacing-Effekt folgt unmittelbar aus der LTP- und Konsolidierungsdynamik.