Comme nous l’avons dit, la mémoire n’est pas une « chose », pas plus qu’il n’y a un lieu dans notre cerveau que nous pouvons désigner précisément comme le « siège de la mémoire ». La mémoire est bien plus un réseau immensément complexe et tortueux de conducteurs électrochimiques et d’impulsions électriques. Alors que chacune de ces diverses impulsions est éphémère, leurs traces demeurent sous la forme d’un schéma. C’est ce schéma qui constitue ce dont nous nous souvenons. Et c’est la facilité avec laquelle nous formons de nouveaux schémas qui définit à quel point nous pouvons assimiler et retenir une nouvelle information.

Tout commence dans le cerveau et la moelle épinière, et dans leur élément le plus fondamental, la cellule nerveuse ou neurone. Le cerveau renferme environ 100 milliards de neurones et deux fois plus de cellules (appelées névroglies ou cellules gliales) qui fournissent un support structurel et métabolique aux neurones. Chaque neurone est un maillon d’un réseau complexe de voies neuronales qui fournissent des milliers de connections avec d’autres neurones

Bien que notre corps soit entièrement composé de cellules, les neurones se distinguent des autres cellules en ce qu’ils sont spécialisés dans le transport d’impulsions chimiques et électriques. C’est la circulation de ces courants qui détermine nos processus de pensée.

A la différence de bien d’autres cellules, les cellules cérébrales ont une grande sensibilité à la privation d’oxygène. Les neurones meurent en quelques minutes lorsqu’ils ne reçoivent pas d’oxygène. Bien que les cellules cérébrales soient conçues pour vivre très longtemps, lorsque l’une d’entre elles meurt ou est endommagée, elle ne peut généralement pas être remplacée. Cependant des indices récents s’accumulent et indiquent que parfois, dans de bonnes conditions, ceci n’est pas exact et que le cerveau a la possibilité de créer de nouvelles cellules, et qu’il le fait réellement. Néanmoins, en règle générale, plus vous êtes âgé moins vous disposez de cellules cérébrales. En soi, cette réduction n’est pas vitale, mais cela pourrait le devenir si les cellules qui restent fonctionnent également moins efficacement qu’auparavant. Par conséquent, pour prévenir leur propre destruction, les neurones en activité doivent constamment s’entretenir. Si l’assainissement et la réparation cellulaire se ralentit, comme elle le fait pendant que nous vieillissons, les neurones ne peuvent pas fonctionner à plein rendement.

Il y a plusieurs types différents de neurones dans le cerveau, qui agissent sur diverses parties de l’organisme. Par exemple, un neurone moteur, ou efférent, transmet des impulsions énergétiques aux muscles en leur « commandant » de bouger, ou aux glandes pour les inciter à la sécrétion hormonale. Les neurones sensitifs, ou afférents, véhiculent les impulsions sensorielles. Ils nous donnent des informations sur ce que nous voyons, entendons, ressentons, goûtons et sentons. Ils sont, de ce fait, la source originelle de la plupart de nos souvenirs (bien que quelques souvenirs proviennent de l’imagination ou des rêves) .

Les neurones sont entourés par une membrane cellulaire et disposent de fibres, ou filaments, de l’épaisseur d’un fil d’araignée, qui les prolongent et transmettent les signaux d’un neurone à l’autre. Un neurone type présente un corps cellulaire avec un nucléole central sombre. De nombreuses dendrites se projettent à partir d’une des bordures du corps cellulaire, constituant une partie du réseau de filaments du neurone.

Agissant comme des antennes, les dendrites reçoivent les impulsions d’autres neurones et les conduisent en direction du centre de la cellule. Elles ressemblent aux branches d’un arbre, relativement épaisses à l’émergence de la cellule, mais se divisant de nombreuses fois et devenant plus minces à chaque embranchement. Malheureusement,  ces dendrites sont très fragiles et facilement endommagées, tout particulièrement par le vieillissement, de sorte qu’elles deviennent progressivement moins efficaces pour recevoir et transmettre les impulsions. Les chercheurs ont constaté que les dendrites peuvent faire croître de nouveaux prolongements, ou nerfs, en réponse à de nouvelles stimulations. En d’autres termes, exercer son esprit améliore réellement nos capacités physiques de mémorisation.

A l’une des extrémités du neurone, s’étend un axone isolé plus important, qui conduit les impulsions nerveuses aux dendrites des autres neurones. Il est possible à un axone de se prolonger sur un mètre, voire davantage. Les cellules gliales, ou cellules de support, s’enroulent autour des axones pour former une couche, ou membrane, isolante appelée la myéline, ou gaine de myéline. La myéline permet de limiter la perte du courant électrique dans l’axone.

Chaque axone et chaque dendrite disposent de nombreuses branches minuscules qui la relient à d’autres axones, de telle sorte qu’un neurone simple peut communiquer avec des milliers d’autres. Le point spécialisé de contact entre l’axone d’un neurone et les dendrites des autres est un espace microscopique appelé synapse. Un neurone simple peut avoir jusqu’à 100.000 synapses le reliant à d’autres neurones.

Les « messages » (en réalité des impulsions nerveuses électriques) voyagent le long de l’axone jusqu’à ce qu’ils atteignent la synapse, où ils produisent la libération, à partir de l’extrémité de l’axone de « petits paquets » de substances chimiques, appelés neurotransmetteurs. Les cellules nerveuses et leurs neurotransmetteurs fonctionnent à très grande vitesse. Il ne faut pas plus d’un millième de seconde pour qu’un neurone fasse passer le signal électrique qu’il a initié, ou activé, jusqu’à l’extrémité de l’axone. Au moment où le neurotransmetteur traverse l’espace microscopique de la synapse et atteint les dendrites du neurone suivant. Il active des récepteurs spécifiques, des protéines sensibles, insérées dans la membrane de la cellule réceptrice. A la manière d’une serrure et de sa clef, la connection, ou « lien », est très spécifique. Chaque neurotransmetteur ne reconnaît qu’un seul type particulier de récepteur et ne « s’agrippe » qu’à lui.  De cette façon (qui apparaît miraculeuse à bon nombre d’entre nous) des pensées sont transmises au travers de notre cerveau jusqu’à atteindre le point d’activation d’où de nouveaux signaux provoquent, de notre part, une action induite par ces pensées (ou, éventuellement, nous font émettre de nouvelles pensées). Ces pensées, et les actions qu’elles induisent, disparaissent généralement très vite. Mais, les voies qu’elles ont empruntées, tout particulièrement si elles sont employées à de nombreuses reprises, se maintiennent et deviennent un bit dans notre mémoire.