A pesar de que aun son desconocidos los mecanismos celulares y moleculares del aprendizaje y de la memoria, se acepta que estos procesos se relacionan en alto grado con fenómenos de plasticidad neuronal.

Sabemos que la estructura de las neuronas y del sistema nervioso están determinados genéticamente y que, además, su desarrollo puede ser modificado por otros factores distintos, epigenéticos, como es la influencia de otras células y sus conexiones y por requerimientos ambientales. Decimos que el sistema nervioso es plástico ya que, en efecto, puede modificar su estructura y acciones. Uno de los niveles funcionales donde la plasticidad se muestra en forma indiscutida, es el sináptico. Dos fenómenos son considerados expresión importante de la plasticidad sináptica: la potenciación duradera (LTP) y la depresión duradera (LTD).

La LTP se expresa como un aumento persistente de la respuesta sináptica, representada por el PEPS, fenómeno que se puede inducir por un corto período de aumento de la actividad neuronal. La amplitud del PEPS representa el parámetro llamado fuerza sináptica.

El estudio de la LTP ha despertado especial interés no sólo como una de las principales expresiones de plasticidad sino que también por su relación, abordable experimentalmente, con el aprendizaje y la memoria.

A partir de los trabajos de Bliss y Lomo (1973), la LTP se ha descrito en diferentes tipos de sinapsis. Ellos demostraron que un estímulo breve pero de alta frecuencia sobre la vía perforante, entrada al girus dentado en el hipocampo, producía un aumento duradero de los potenciales locales registrados extracelularmente en CA3.

La LTP ha sido estudiada in vitro (cortes) e in vivo. Las siguientes características se han asociado a este fenómeno: cooperatividad, asociatividad, especificidad de entrada, especificidad espacio-temporal. Para producir la LTP es necesario usar estímulos fuertes (parte b), de alta intensidad, que activan varias fibras aferentes juntas. Los estímulos débiles (parte a) activan sólo un axón que inerva la dendrita de la neurona. Se aplican 2 estímulos.

En A se expressa la cooperatividad ya que no se produce LTP al usar dos estímulos débiles.

En B aparece la LTP al primer estímulo, siempre que se asocien los estímulos débiles y fuertes. La LTP es más clara aun si se aplican sólo estímulos fuertes. Asociatividad.

En C se aprecia que la estimulación tetánica fuerte, como la aplicada en b, sólo provoca LTP en esa vía.

Por cooperatividad se entiende que la probabilidad de producir LTP depende del número de aferencias estimuladas.

La asociatividad se relaciona con la convergencia de diferentes axones sobre el mismo blanco.

La especificidad de entrada define que la LTP solo esta relacionda con las aferencias que reciben la estimulación tetánica.

La especificidad espacio-temporal se relaciona con la dependencia que presenta la LTP de la asociación temporal que debe darse entre las aferencias que actúan sobre el mismo blanco.

La LTD también es un fenómeno sináptico que se describió primero en el hipocampo y después en otras regiones del sistema nervioso.

La LTD es considerada como mecanismo de aprendizaje en el cerebelo e, igualmente, como un proceso de inversión de la LTP, en el hipocampo y en la corteza cerebral, ya que en estas regiones se induce por una estimulación de baja frecuencia pero aplicada por períodos largos (1 Hz por 10 min).