Sygnały nerwowe, o czym jeszcze powiemy szczegółowo później, przebiegają w sieci połączeń komórek nerwowych, neuronów, które nie łączą się swoim wnętrzem bezpośrednio ze sobą, ale oddzielone są czymś w rodzaju kontaktów, zwanych synapsami. Impuls nerwowy, czyli rodzaj prądu elektrycznego wytwarzany w ciele komórki nerwowej, biegnie długą wypustką osiową, ale nie opuszcza jej i nie przechodzi bezpośrednio na następny neuron, ale na końcu wypustki uruchamia kontakt, pobudzający następną komórkę nerwową. O naturze tego kontaktu będzie jeszcze mowa. Pojedynczy neuron przyjmuje sygnały z wielu innych komórek nerwowych i nadaje je do wielu neuronów. Szacuje się, że na każdy neuron przypada średnio około tysiąca synaps. Synapsy te nie są tworami statycznymi i niezmiennymi, mogą ulegać zmianom funkcjonalnym, a także strukturalnym: zmienia się ich działanie i wygląd. Tę zdolność do zmian nazywamy plastycznością synaptyczną. Jeszcze w zeszłym wieku twórca neuronowej teorii układu nerwowego, wybitny neuroanatom Santiago Ramon y Cajal (1852-1934) wysunął przypuszczenie, że w trakcie uczenia tworzą się nowe synapsy pomiędzy neuronami. Następcy Ramon y Cajala rozwinęli tę myśl, uważając, że pod wpływem powtarzających się doznań powstają zmiany w strukturze połączeń nerwowych i właśnie te zmiany są śladem pamięciowym. Bardzo ważną rolę w formowaniu synaptycznej hipotezy pamięci odegrał najwybitniejszy polski neurobiolog, Jerzy Konorski (19031973), który uważał, że bodźce przechodzące przez synapsę wytwarzają dwa typy zmian: zawsze występujące ale przemijające zmiany konieczne, polegające na pobudzeniu synapsy i przekazaniu dalej sygnału, oraz nie zawsze występujące trwałe zmiany fakultatywne, które jeżeli nastąpią, powodują zmianę funkcjonowania neuronu. Ostateczny kształt teorii synaptycznej pamięci nadał Donald O. Hebb, który założył, że jeżeli dostatecznie często nastąpią równocześnie zmiany dwóch neuronów: położonego przed i za synapsą, może powstać trwała zmiana plastyczna. W wyniku tej zmiany sygnały w określonych obwodach nerwowych będą płynęły szybciej lub wolniej, albo też będą kierowane na inne tory.
