به روند ذخیرۀ اطلاعات در سیستم عصبی، حافظه (Memory) گفته می‌شود. ذخیرۀ اطلاعات عمدتاً در قشر مُخ انجام می‌گیرد، ولی مناطق قاعده‌ای مغز و نخاع نیز می‌توانند مقدار اندکی از اطلاعات را ذخیره کنند. حافظه از اعمال سیناپس‌ها می‌باشد. هر بار که نوع خاصی از سیگنال‌های عصبی از یک توالی سیناپسی عبور می‌کند، بعداً این سیناپس‌ها برای انتقال همان نوع سیگنال تواندمندتر می‌شوند. این روند تسهیل نام دارد. پس از آن که سیگنال‌های حسی چندین بار از سیناپس‌ها عبور کردند، سیناپس‌ها به حدی تسهیل می‌شوند که حتی سیگنال‌هایی که بدون وجود محرک حسی ورودی، در خود مغز تولید شده‌اند نیز می‌توانند از طریق همان توالی مشابه سیناپسی منتقل شوند.
خاطره‌ها از نظر فیزولوژیک در مغز به واسطۀ تغییر حساسیت پایۀ انتقال سیناپسی بین‌نورونی بر اثر فعالیت عصبی پیشین به وجود می‌آیند. این مسیرهای جدید یا تسهیل‌شده ردهای حافظه نامیده می‌شوند. این ردها از این نظر اهمیت دارند که با هر بار تشکیل آن‌ها می‌توان با تفکر ذهنی، دوباره به صورت انتخابی فعالشان کرد و خاطره‌ها را بازآفرینی نمود. در هر سطحی از سیستم عصبی، یعنی نخاع، مراکز زیرقشری، ساقۀ مغز و قشر مغز، حافظه می‌تواند تشکیل شود، اما بخش اعظم حافظه‌ای که در روندهای فکری از آن‌ها استفاده می‌کنیم، متکی به ردهای حافظه در قشر مغز هستند.
البته به غیر از انواعی ازا اطلاعات که انسان آن‌ها را ذخیره می‌کند، برخی از اطلاعات که نیاز به به‌خاطر‌سپاری آن‌ها نیست، توسط مغز نادیده گرفته می‌شوند (مانند بسیاری از حواس محیطی که در طول روز تجربه می‌کنیم). این مسئله ناشی از مهار مسیرهای سیناپسی مربوط به این نوع از اطلاعات است. اثر حاضله را عادت کردن (Habituation) می‌نامند و در حقیقت، نوعی از حافظۀ منفی است. در مقابل، حافظۀ مثبت قرار دارد که به معنی ذخیره‌سازی اطلاعات مور نیاز در مغز است و ناشی از تسهیل مسیرهای سیناپسی می‌باشد. این فرآیند، حساس شدن (Sensitization) نام دارد.
انواع حافظه
حافظه را به دستۀ کوتاه‌مدت، میان‌مدت و بلندمدت تقسیم می‌کنند.حافظۀ کوتاه‌مدت در ذخیرۀ اطلاعات به مدت چند ثانیه تا چند دقیقه نقش دارد. حافظۀ میان‌مدت به مدت چند روز تا چند هفته باقی می‌ماند و حافظۀ بلندمدت را می‌توان تا چندین سال و حتی تا پایان عمر به‌خاطر آورد.
حافظه را براساس نوع اطلاعاتی که در خود ذخیره می‌کند به دو نوع حافظۀ قابل بیان و حافظۀ مهارتی تقسیم می‌کنند. حافظۀ قابل بیان یا اخباری شامل خاطرات مربوط به جزئیات مختلف یک فکر جامع می‌باشد، اما حافظۀ مهارتی، در یادگیری فعالیت‌های حرکتی بدن نقش دارد.
تثبیت حافظه
حافظۀ کوتاه‌مدت برای این که بتواند به حافظۀ بلندمدت تبدیل شود، باید تثبیت گردد/ یکی از مواردی که سبب تثبیت حافظه می‌شود، تکرار اطلاعات حسی است؛ به این معنی که اگر حافظۀ کوتاه‌مدت به صورت مکرر فعا شود، تغییراتی شیمیایی، فیزیکی و تشریحی را در سیناپس‌ها آغاز می‌کند که مسئول نوع درازمدت حافظه هستند.
یکی از ساختارهایی که به ذخیرۀ اطلاعات جدید در مغز کمک می‌کند، هیپوکامپ است. این ساختار در داخلی‌ترین بخش لوب تمپورال واقع، و جزئی از سیستم لیمبیک می‌باشد. برداشتن هیپوکامپ دو طرف مغز انسان موجب می‌شود تا فرد نتواند انواع حافظۀ کلامی و حافظۀ قابل بیان را به‌صورت حافظۀ بلندمدت ذخیره نمایند. این حالت را فراموشی پیش‌گرا (Anterograde Amnesia) می‌نامند.
نوع دیگری از اختلال حافظه، فراموشی پس‌گرا (Retrograde Amnesia) می‌باشد که در آن فرد نمی‌تواند خاطرات ذخیره شده، مخصوصاً خاطراتی که جدیداً ذخیره شده‌اند را به خاطر یاورد. از آن‌جا که تالاموس در جست‌و‌جو در انبارهای حافظه و بازخوانی خاطرات از آن نقش دارد، آسیب این اندام به طور شابع سبب فراموشی پس‌گرا می‌شود. آسیب هیپئوکامپ، می‌تواند هم‌زمان با فراموشی پیش‌گرا،فراموشی پس‌گرا را نیز ایجاد کنید.
در ادامه به بررسی بیشتر حافظه و پروسۀ خاطره‌سازی می‌پردازیم.
