德克萨斯大学奥斯汀分校学习与记忆中心的艾莉森·普雷斯顿解释道
短期记忆转化为长期记忆需要在大脑内部发生改变，以保护记忆免受竞争性刺激的干扰或损伤或疾病的破坏。这个时间依赖性过程，使经验在我们的记忆中获得永久记录，被称为巩固。
记忆巩固的细胞和分子部分通常发生在学习的最初几分钟或几小时内，并导致神经元（神经细胞）或神经元集合的变化。系统层面的巩固，涉及处理个体记忆的大脑网络的重组，然后在更慢的时间框架内发生，可能是几天甚至几年。
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影响陈述性记忆（对一般事实和特定事件的回忆）的巩固过程依赖于大脑中海马体和其他内侧颞叶结构的功能。
在细胞水平上，记忆表现为神经元结构和功能的变化。例如，可以形成新的突触——神经元之间交换信息的连接——以允许新神经元网络之间的通信。或者，可以加强现有突触，以提高两个神经元之间通信的灵敏度。
巩固这种突触变化需要在海马体中合成新的 RNA 和蛋白质，这会将突触传递的暂时性改变转化为突触结构的持久性修饰。
随着时间的推移，总体的大脑系统也会发生变化。最初，海马体与分布在新皮层（大脑最外层）的感觉处理区域协同工作，以形成新的记忆。在新皮层内，构成我们生活中事件的要素的表征根据其内容分布在多个大脑区域。例如，视觉信息由大脑后部枕叶的初级视觉皮层处理，而听觉信息由位于大脑侧面颞叶的初级听觉皮层处理。
当记忆首次形成时，海马体迅速将这些分布式信息组合成一个单一的记忆，从而充当感觉处理区域中表征的索引。随着时间的推移，细胞和分子变化允许加强新皮层区域之间的直接连接，从而能够独立于海马体访问记忆。因此，虽然损伤或神经退行性疾病（例如阿尔茨海默病）对海马体的损害会妨碍形成新的陈述性记忆的能力，但这种破坏可能不会损害已经巩固的事实和事件的记忆。
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