Les mécanismes moléculaires de la mémoire sont ceux de la vie cellulaire.

Chaque humain possède à peu près 1010 à 1014 synapses dans son cortex, capital suffisant aux apprentissages d’une vie. Les recherches consacrées aux aspects moléculaires et cellulaires montrent que les mécanismes moléculaires de la mémoire sont très proches des mécanismes de la vie des cellules. Cette vie cellulaire s’est développée au cours de l’évolution et de nombreux processus moléculaires concernent la mémoire. C’est toute la vie de la cellule qui est impliquée dans les processus de la mémoire, depuis les aspects synaptiques de contacts entre neurones jusqu’à la synthèse des protéines et la dynamique de division cellulaire. Un mécanisme extrêmement puissant s’exerce au niveau des neurones. La mémoire, c’est tout simplement la vie de neurones. C’est donc elle qu’il faut prendre en compte lorsqu’on parle de la mémoire. À l’échelon d’un seul neurone, à l’intérieur de chaque synapse, existe un réseau moléculaire très important pour les aspects temporels de la dynamique de la mémoire. Ces processus moléculaires représentent toutes les échelles du temps. Les gènes avec l’ADN sont liés à des processus de la vie cellulaire qui durent sur des constantes de temps, et la mémoire s’accumule tout au long de la vie. Les processus de synthèse des protéines, et en particulier le RNA (l’acide ribonucléique), se déroulent quotidiennement. Et quotidiennement, il y a une remise à jour de la mémoire, en particulier pendant le sommeil. La synthèse des protéines permet à la mémoire de survivre d’un jour à l’autre, de se développer. Chaque nuit, la mémoire se reconstruit.

À niveaux temporels plus fins, des activations des réseaux moléculaires à l’intérieur de chaque cellule et chaque synapse vont durer plusieurs minutes ou plusieurs heures. Cela correspond à ce qui se passe lorsqu’on intègre des informations, qu’on les met ensemble, comme dans le langage, ou lorsqu’on associe des informations sensorielles et des actions pour atteindre un but, ou lorsqu’on rappelle un souvenir. Chaque neurone n’a pas besoin de tout intégrer ; des chaînes de neurones se répartissent toute la complexité de ce qu’il faut intégrer. Cette mé moire à court terme crée l’intensité de mémorisation au fil du temps. À un niveau plus fin encore, inférieur à la minute, les processus moléculaires amplifient les associations entre les informations qui se rencontrent dans le cerveau. Il y a également des processus qui se jouent sur des constantes de temps de l’ordre de la milliseconde. Ce sont les plus rapides, elles font circuler les informations sur l’ensemble du cerveau. Il existe donc des propagations de l’ordre de la milliseconde, des associations de l’ordre de la seconde. Certaines intégrations entre informations s’opèrent sur plusieurs minutes, voire plusieurs heures (mémoire à court terme). Dans une simple journée interviennent des opérations de remodelage permanent des informations mémorisées (mémoire à long terme). Enfin, il y a, sur la durée de la vie, des processus moléculaires qui génèrent une construction très progressive de la mémoire.

Le neurone est un générateur de sens à partir de ses mémoires synaptiques.