Trí nhớ được lưu trữ và thực hiện như thế nào?
Các nhà thần kinh học đã tiến được những bước dài, đó là xác định được những vùng não chủ chốt và những cơ chế phân tử đầy tiềm năng. Tuy vậy, rất nhiều câu hỏi quan trọng vẫn chưa được giải đáp và còn có một vực sâu ngăn cách giữa những nghiên cứu ở cấp độ phân tử với sự hoạt động của cả bộ não.
Năm 1957, công bố về ca bệnh thần kinh của bệnh nhân H.M đã khai sinh một kỷ nguyên mới trong nghiên cứu trí nhớ. Ở tuổi 27 H.M bị phẫu thuật cắt bỏ những khoanh thuỳ thái dương lớn trong một nỗ lực nhằm chữa trị chứng động kinh mãn tính cho bệnh nhân này. Ca mổ thành công nhưng sau đó H.M không thể nhớ được những gì đã xảy ra cũng như những người anh gặp. Trường hợp này đã chứng minh các thuỳ thái dương trung gian (MTL) mà trong đó có chứa các đồi cá ngựa đóng vai trò thiết yếu trong việc hình thành trí nhớ. Ca bệnh của H.M cũng đưa ra bằng chứng sát thực hơn rằng trí nhớ không phải là một khối cứng nhắc. Trong 3 ngày liên tục họ giao cho H.M ba bài tập vẽ tranh dạng “đánh lừa”với ba đề bài giống hệt nhau. Kết quả là khả năng làm bài của H.M đã tăng lên nhanh chóng và rõ rệt sau mỗi lần làm bài mặc dù anh không hề có chút ký ức nào về bài tập đã làm hôm trước. Trường hợp của H.M đã chứng tỏ ghi nhớ “như thế nào”không giống với ghi nhớ “cái gì”.
Từ những thí nghiệm trên động vật và những tiến bộ trong khảo cứu não bộ người, các nhà khoa học hiện nay có những hiểu biết thực nghiệm về các dạng trí nhớ tương ứng với các khu vực trong não bộ. Tuy vậy các nhà khoa học vẫn chưa lấp đầy được những lỗ hổng nhận thức vốn đeo bám dai dẳng từ rất lâu. Mặc dù các thuỳ thái dương trung gian đã được chứng minh là thiết yếu đối với “trí nhớ tường thuật”– là sự thu thập lại các sự kiện thực tế - nhưng ngay chính trong khu vực này vẫn còn những điểm chưa sáng tỏ. Làm thế nào mà các thành phần khác nhau tương tác với nhau trong quá trình mã hoá và thực hiện trí nhớ vẫn còn là một ẩn số. Hơn nữa, các thùy thái dương trung gian không phải là nơi lưu trữ cuối cùng của “trí nhớ tường thuật”. Những trí nhớ tường thuật này dường như được sắp xếp trong vỏ não với mục đích lưu trữ lâu dài, thế nhưng việc này diễn ra như thế nào và trí nhớ được trình bày trong vỏ não ra sao vẫn chưa sáng tỏ. 
Thách thức lớn hiện nay là làm sao áp dụng những nghiên cứu này cho cả bộ não. Một cầu nối có triển vọng là quá trình với tên gọi LTP - một dạng tăng cường synapse đã được nghiên cứu rất kỹ trên vùng đồi cá ngựa của động vật gặm nhấm. LTP được nhiều người tin rằng là nền tảng sinh lý của trí nhớ. Sẽ là một bước đột phá lớn nếu ai đó có thể minh hoạ mang tính kết luận rằng LTP thực sự là nền tảng cho việc hình thành trí nhớ in vivo. 
