В объяснении характера происходящих изменений возможны три варианта: образование новых синапсов, включение нефункционирующих синапсов и изменение их функциональных свойств. Наиболее признаны теории, связанные с изменением функциональных свойств синапсов. Согласно теории проторения путей память объясняется повышением проводимости синаптических межнейронных контактов. Прохождение импульсов через синапсы облегчается тем, что импульсы уже ранее циркулировали по синаптическим путям. Это приводит к изменению физических, скорее всего электрических, характеристик синаптических пластинок. Изменение синапсов, их гипертрофия при функционировании доказаны экспериментально. Можно полагать, что гипертрофия синапсов сопровождается повышением их функциональной активности. Такого рода «синаптическое облегчение», по-видимому, лежит в основе и условных рефлексов. Некоторые нервные пути существуют от рождения.
Мозг состоит из нервных и глиальных клеток. В последние годы все более и более серьезное внимание обращается на роль клеток нейроглии в функциях мозга и, в частности, в процессах памяти. Этих клеток в 10 раз больше в мозгу, чем нейронов. Они занимают большую часть объема мозга и находятся в теснейшем соприкосновении с нейронами, заполняя промежутки между ними. Ранее им приписывалась лишь «подсобная» роль. В настоящее время накоплено много фактов, которые свидетельствуют об активном участии нейроглии в реакции мозга. По мнению американского нейрофизиолога Р. Галамбоса, глия «указывает нейронам порядок и последовательность их действия» и может влиять на их возбудимость. Учитывая способности глии размножаться и таким образом увеличивать синтез белка, а также отвечать более длительными электрическими сдвигами, Галамбос приписывает нейроглии функцию хранения информации.
Другие ученые приводят доводы в пользу того, что некоторые процессы переработки информации в мозгу обусловлены способностью глиальных клеток изменять проводимость электрического тока к отдельным участкам нейронов, в частности в области дендритов. Возможно, в этом и проявляется функция памяти.
С помощью микроэлектродной техники удалось, например, установить, что во время раздражения отдельных нейронов повышение синтеза РНК происходит в первую очередь в глиальных клетках и идет параллельно числу посылаемых импульсов. При использовании веществ, тормозящих синтез РНК, глиальный синтез уменьшается по сравнению с нейронным. На основании этих данных можно сделать вывод, что глиальные клетки более чувствительны к воздействиям, связанным с обучением. Опыты по содержанию животных в «обогащенной», т. е. богатой информацией, среде и в «обедненной» среде, почти лишенной какой-либо информации, выявили увеличение массы коркового вещества у животных первой группы главным образом за счет элементов глии и подтвердили представления о повышенной их чувствительности.