فیزیولوژی یادگیری و حافظه به بررسی فرآیندهای عصبی می‌پردازد که در جریان یادگیری و یا عملکرد حافظه رخ می‌دهند.

در تبیین یادگیری از دیدگاه فیزیولوژیک دو نظریه‌ی کلی وجود دارد که یکی از آن‌ها تغییرات را در سطح سیناپسی و عوامل زیست‌شناسی مرتبط با آن در نظر می‌گیرد و دیگری توجه خود را به تغییرات در مدارهای نورونی معطوف داشته است. هر دو این‌ها به تغییرات فیزیولوژیکی توجه دارد، که در حین یادگیری در مغز و سلول‌های عصبی اتفاق می‌افتند.

اولین بار در سال 1961 بود که جیمز اندر توانست نورون‌ها را به روش شرطی‌سازی عاملی حساس کند. شرطی شدن سلول عصبی یک حالت افزایش تحریک‌پذیری را در آن پدید می‌آورد که ناشی از تغییرات در یون و فوریزاسیون پروتئین است.

نظریه‌ی سیناپسی در فیزیولوژی یادگیری و حافظه

در حالت عادی ارتباط بین سلول‌های عصبی را می‌توان حالتی خاموش و بدون مصرف دانست. بدین معنی که تعداد دندریت‌ها ، تعداد فضاهای بین سیناپسی ، بند سلول ، ضخامت آکسون و مانند آن در حالتی است که بدون مصرف بوده و در واقع مانع از عبور اطلاعات از سلولی به سلول دیگر می‌شود.

پیدایش تحریک سبب دگرگون شدن این‌گونه خصوصیات در سلول‌های عصبی می‌گردد و البته سیناپس تحریک شده مدتی به حال خود واگذاشته شود. این شرایط به حالت اولیه برخواهد گشت.

به طور کلی در این نظریه چنین عنوان می‌شود که عبور جریان عصب ایجاد تکانه عصبی می‌کند. سپس آنزیم درون نورون فعال می‌شود. پس از آن تغییراتی در طرز تهیه پروتئین سلول پدید می‌آید و در نهایت الگوهای هندسی خاصی در نورون‌ها پایدار می‌شود. اصطلاح ردیااینگرام را در تعریف و نمایش فرضی و فیزیک یک خاطره به کار برده‌اند.

منظور از اینگرام این است که حین یادگیری تغییراتی فیزیولوژیک یا زیست شیمیایی در نورون اتفاق می‌افتد. لشلی در جستجوی اینگرام به آموختن رفتارهایی به حیوان و سپس برداشتن قسمت‌هایی از مغز مبادرت ورزید، وی کاهش پدید آمده در حافظه را نمی‌توان به عنوان از بین رفتن اینگرام‌ها دانست، بلکه این امر تا حدود زیادی به خاطر انفعال و گسیختگی در فرآیندهای حسی و حرکتی مغز بوده است.

پس از لشلی نظرها معطوف به ساختارهای زیرین قشر مغز گردید و در این زمینه ساختارهایی مثل هیپوکامپ ، استریاتوم و آمیگرال به عنوان ساختارهای اساسی مرتبط با حافظه کوتاه مدت مطرح شدند. هر چند در پستانداران و مخصوصاً در انسان دیده شده است که ساختارهای اخیر در حافظه نقش دارند، ولی گفته شده است که جوندگان می‌توانند پس از برداشته شدن قشر جدید (نئوکرتکس) و ساختارهای اخیر تشکیل حافظه دهند.

نظریه‌ی‌ مبتنی بر الکتروفیزیولوژی و تشکیل مدارهای حافظه در فیزیولوژی یادگیری و حافظه

از زمان پاولف ، فیزیولوژیست معروف روسی که یادگیری شرطی را مورد بررسی قرار داد، این موضوع همواره مورد توجه بوده است که در جریان یادگیری شرطی به دنبال انتشار تحریک در قشر مخ یک ارتباط موقت بین ناحیه مربوط به محرک شرطی و ناحیه مربوط به محرک غیر شرطی پدید می آید. اگر این ارتباط تقویت شود بازتاب شرطی تثبیت خواهد شد و در غیر این صورت از بین رفته و خاموشی پدید خواهد آمد. یکی از تاثیرات یادگیری این است که مدارهای جدیدی در مغز فعال یا باز می‌شود.

از نظر الکتروفیزیولوژی امواج آلفای مغز که با گشودن چشم مهار می‌شوند، با پیدایش هر محرک جدید و ناشناخته دوباره پیدا می‌شوند. علاوه بر این دیده شده است که توجه کردن علاوه بر این‌که امواج آلفا را مهار می‌کند، به پدید آمدن امواج تتا منجر می‌شود و اصولاً امواج تتا را به عنوان شاخصی برای فعالیت مغز حین یادگیری فرض کرده‌اند.

همه‌ی این‌ها دال بر این است که تشکیل حافظه و پیدایش اولین مدارهای حافظه مبنای الکتروفیزیولوژیک دارد. فرآیند تثبیت و ایجاد رویا با طی مراحل عبور از حافظه‌ی کوتاه مدت و ضبط در حافظه‌ی دراز مدت انجام می‌گیرد. این فرآیند را تحکیم می‌نامند. قطع فعالیت الکتریکی مغز به مدور شدن حافظه و آن هم در مراحل اولیه‌ی تشکیل حافظه می‌انجامد.

تفاوت حافظه‌ی کوتاه مدت و دراز مدت از لحاظ فیزیولوژی

حافظه‌ی دراز مدت که مطالب را به مدت زمان طولانی‌تری نگهداری می‌کند و ظرفیت آن نامحدود است، مبنای زیست شیمیایی دارد. به عبارتی اطلاعات در این حافظه از تغییرات زیست شیمیایی پدید آمده و نگهداری می‌شوند. خاطرات دراز مدت بیشتر از خاطرات کوتاه مدت حفظ می‌شود.

به دلیل وقت بیشتری که این خاطرات برای پیوند یافتن با تعدادی از نواحی قشر مغز را داشته اند. هر چه تعداد ارتباطات بیشتر باشد شانس تماس با یک راه نورونی که به خاطره‌ای ختم می‌شود بیشتر است. فراخوانی مکرر یک خاطره موجب ثبات آن می‌گردد. این کار از طریق تحکیم این تغییرات اولیه انجام می‌شود، ذخیره‌ی سنتزی برای حافظه خوب، نقش اساسی دارد.

ارتباط دادن اطلاعات به معلومات قبلی که از حافظه‌ی دراز مدت به معانی بیشتر از حفظ بر حسب عادت مستلزم فعالیت روانی است. این اطلاعات نسبت به اطلاعات حفظ شده به طور سطحی و بدون معانی و مفاهیم بتدریج از بین می‌روند. حافظه‌ی کوتاه مدت که به حافظه‌ی کاری نیز معروف است و مدت زمان نگهداری اطلاعات در آن و همچنین ظرفیت آن محدود است. بر اساس داده‌های فعلی حافظه‌ی کوتاه مدت بیشتر بنیادی الکتروفیزیولوژیک دارد.

تأثیر عوامل مختلف بر جریان فیزیولوژیکی یادگیری و حافظه

گفته می‌شود حتی عوامل دیگری که مؤثر بر یادگیری و حافظه شناخته شده‌اند موجب ایجاد تغییرات فیزیولوژیک می‌شوند. یکی از این عوامل استرس است که تأثیرات عمیقی روی یادگیری و حافظه دارد. معمولاً شرایط استرس‌زا مانع از آن می‌شود یادگیری کاملی اتفاق افتد و در زمان یادآوری از حافظه نیز استرس و اضطراب به عنوان عامل مداخله‌گر مانع بازیابی مطالب یاد گرفته می‌شود (همان چیزی که سر جلسه امتحان اتفاق می‌افتد.)

گفته می‌شود در حین استرس ترشح آدرنالین می‌تواند موجب تاثیرات متفاوتی روی یادگیری داشته باشد. در یک حد معینی از استرس که حد معینی از ترشح آدرنالین را سبب می‌شود، استرس می‌تواند موجب تقویت یادگیری شود. اما اگر استرس خیلی شدید باشد یادیگیری مهار می‌شود.