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"Dem Dichter Jean Paul wird der Satz zugeschrieben "Das Gedächtnis ist das einzige Paradies, aus dem wir nicht vertrieben werden können". Spätestens die Alzheimer-Erkrankung zeigt uns, dass er irrte. Das Gedächtnis ist störanfällig, nicht immer zuverlässig, oft eine Quelle des Ärgers oder sogar der Verzweiflung - und ist auf der anderen Seite die Voraussetzung für alles Lernen, für Entscheidungsprozesse und andere unserer höchsten geistigen Leistungen. So wären Nachdenken und Entscheidungen überhaupt nicht möglich, wenn wir nicht im Gedächtnis behalten könnten, was die Voraussetzungen oder Alternativen sind. Die Hirnforschung definiert das Gedächtnis als die Funktion des Gehirns, wahrgenommene Informationen über längere Zeiträume zu speichern. Dafür sortiert das Gehirn zunächst einmal schwächere oder als unwichtig eingestufte Informationen aus. In jeder Sekunde nimmt allein unser Auge Informationen in einer Größenordnung auf, die mehr als zwanzig beschriebenen Schreibmaschinenseiten entspricht. Innerhalb einer Sekunde wird das meiste davon wieder gelöscht, und nicht einmal ein Hunderttausendstel kommt in einen kurzzeitigen Speicher, also von den ganzen Schreibmaschinenseiten höchstens ein Buchstabe. Dieser Speicher, den man als Kurzzeitgedächtnis bezeichnet, hat selbst nur eine geringe Kapazität, die etwa einer Zeile einer Schreibmaschinenseite entspricht. Der Speicher wird deshalb ständig neu zusammengestellt, da die permanent ankommende neue Information die schon vorhandene verdrängt. Das Kurzzeitgedächtnis funktioniert über Nervenzellen, die kreisförmig miteinander verschaltet sind. Auf diese Weise kann die Information, die gespeichert werden soll und die - wie im Gehirn üblich - in einer Folge von elektrischen Spannungspulsen besteht, von einer Nervenzelle auf die nächste übertragen werden, bis sie wieder bei der ersten ankommt und der Kreislauf erneut beginnt. So können Gedächtnisinhalte für Minuten bis zu einer Stunde behalten werden. Für das Kurzzeitgedächtnis werden bereits vorhandene Nervenzellkontakte benutzt. Im Gehirn gibt es sehr viele solcher kreisförmige Verschaltungen.
Die Alternative "Verlust der Information" oder "Überführung ins Langzeitgedächtnis" wird dabei wieder durch die Frage der Wiederholung bestimmt: Wird die Folge von Spannungspulsen in den kreisförmigen Verschaltungen der Nervenzellen nicht mehr aktiviert, werden mit der Zeit die verbesserten Kontaktstellen wieder in normale zurückgeführt und der Gedächtnisinhalt geht verloren. Kommt es jedoch zur weiteren Wiederholung der Folge von Spannungspulsen, dann wird die kreisförmige Verschaltung dauerhafter stabilisiert. Dazu gibt es zusätzliche Mechanismen, die über die Verbesserung der Kontaktstellen in einer kreisförmigen Verschaltung von Nervenzellen hinausgehen. Eine davon ist die Neubildung von Kontaktstellen oder Rezeptoren für den Überträgerstoff. So wird die Übertragung des Spannungspulses über parallele Strukturen gleichsam abgesichert und stabilisiert. Auch hier gilt das einfache Prinzip, dass das vom Gehirn als wichtig eingestuft wird, was wiederholt wird. Wir müssen also, um langfristig zu lernen, wiederholen, egal ob wir Vokabeln einer Fremdsprache lernen, ein Stück auf einem Musikinstrument üben oder uns ein Bild von Michelangelo einprägen wollen.Im Gegensatz zu diesen recht gut bekannten Mechanismen wissen wir über die Lokalisation des Gedächtnisses im Gehirn wenig. Es ist klar, dass die Hirnrinde daran entscheidend beteiligt ist, allerdings können auch andere Hirnteile - wie das Kleinhirn - involviert sein. Wichtig sind in jedem Fall auch noch die an den Emotionen beteiligten Hirnteile. Das merkt man selbst daran, dass wir nur sehr schwer lernen, wenn wir keine Lust dazu haben. Definierte und spezialisierte Stellen der Hirnrinde, an denen eine Gedächtnisinformation abgelegt ist, scheint es aber nicht zu geben. Durch einen fehlgeschlagenen therapeutischen Ansatz kennen wir zudem einen Bereich der Hirnrinde, der für die Übertragung vom Kurzzeit- in das Langzeitgedächtnis essentiell ist: den Hippocampus. Zur Behandlung seiner epileptischen Anfällen entfernte man einem Patienten auf beiden Seiten den Hippocampus. Dies führte dazu, dass er sich nur noch an Ereignisse vor der Operation erinnern konnte, bis zum Ende seines Lebens aber nicht mehr an irgendetwas, was mehr als einige Minuten zurücklag.