Christopher Shaw và Jill McEachern nghiên cứu sâu kỹ vấn đề này cũng như thể hiện các quan điểm, lập luận và lý luận của mình trong cuốn sách Hướng tới học thuyết về tính dẻo thần kinh, tuyên bố rằng không có bất kỳ một học thuyết nào có thể bao trùm khắp tất cả các khía cạnh và khái quát hóa những hệ thống khác nhau trong sự phức tạp cả về quy mô lẫn tính chất của hệ thần kinh, cũng như khả năng biến đổi một cách không thể ước tính và dự đoán được mà nó mang lại trong phạm vi nghiên cứu lĩnh vực khoa học thần kinh. Tuy nhiên, giới khoa học họ thường mô tả tính khả biến thần kinh như là "khả năng tạo ra những thay đổi thích ứng với sự biến đổi của các cấu trúc và chức năng trong hệ thần kinh".[39] Do đó tương ứng tính khả biến thần kinh được phân ra thành: tính khả biến cấu trúc và tính khả biến chức năng.

Biến đổi về cấu trúc

Tính mềm dẻo cấu trúc được định nghĩa là khả năng thay đổi các đơn vị kết nối thần kinh tức là synap của não. Theo loại mềm dẻo này, các tế bào thần kinh mới được sản sinh không ngừng và chúng tích hợp vào hệ thống thần kinh trung ương trong suốt cuộc đời con người. Ngày nay các nhà khoa học họ sử dụng nhiều phương pháp chụp hình ảnh cắt ngang cấu trúc giải phẫu (tức là chụp cộng hưởng từ (MRI), chụp cắt lớp vi tính (CT)) để nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc của não người.[40] Loại mềm dẻo thần kinh này thường nghiên cứu các kích thích nội tại và ngoại lai tác động như thế nào đối với sự tái tổ chức kết cấu giải phẫu trong não. Những thay đổi của tỷ lệ chất xám hoặc độ mạnh của synap trong não được coi là những minh họa điển hình về tính linh hoạt của nơron. Sự mềm dẻo cấu trúc thần kinh hiện đang được nghiên cứu nhiều hơn trong giới hàn lâm thuộc lĩnh vực khoa học thần kinh.[19]

Biến đổi về chức năng

Tính mềm dẻo về mặt chức năng nói đến khả năng của não trong việc thay đổi các đặc tính chức năng của tế bào thần kinh, nhằm thích ứng với các kích thích tín hiệu đến từ môi trường. Những thay đổi lý hóa tế bào có thể xảy ra trong điều kiện đáp ứng với xung điện hoạt động thần kinh trước đó (tính mềm dẻo phụ thuộc vào hoạt động điện thế) để hình thành trí nhớ; hoặc là phản ứng bù trừ khi mắc phải bệnh lý làm tổn thương tế bào thần kinh và sai hỏng về mặt chức năng (tính mềm dẻo phản ứng). Xét về khía cạnh tính mềm dẻo phản ứng (reactive plasticity), các chức năng từ một vùng của não chuyển sang vùng khác nhằm phục hồi các quá trình sinh lý nơron, khôi phục lại hành vi bình thường của cá thể.[41] Về tính mềm dẻo phụ thuộc hoạt động điện thế, đặc biệt liên quan đến synap được gọi là tính mềm dẻo của synap (synaptic plasticity). Trí nhớ gắn liền với tính mềm dẻo của synap, điển hình là quá trình điện thế hóa dài hạn (LTP) và ức chế hóa dài hạn (LTD); thể hiện thông qua sự tăng cường hoặc suy yếu độ mạnh của synap dẫn đến tăng hoặc giảm 'tốc độ bắn phá' các tín hiệu mang ý nghĩa thông tin của các tế bào thần kinh.[42] Không chỉ dừng lại ở đó, ngoài tính mềm dẻo của synap còn có một dạng mềm dẻo khác phụ thuộc vào xung động thần kinh. Các xung động kích thích gây hưng phấn tự thân các tế bào thần kinh, và làm biến đổi sinh hóa chỉ tại cấu trúc nơron mà không ảnh hưởng đến synap, được gọi là tính mềm dẻo nội tại hay còn gọi là tính mềm dẻo không synap (nonsynaptic plasticity).[43][44] Điều này trái ngược với tính cân bằng nội môi (homeostatic plasticity), nhìn chung các tế bào thần kinh trong mạng lưới nơron chúng không thực hiện hoạt động truyền tải thông tin một cách máy móc, mà thay vào đó chúng khả biến tham gia mã hóa các ký ức mới.[45]

Những biến đổi ở nơron và các cấu trúc liên quan thực tế cho ta thấy một điều rằng là chúng không tuân theo những nguyên tắc nhất định, và chúng làm "mồi" cho vô vàn kích thích ngoại sinh cả về hệ thống tín hiệu thứ nhất và hệ thống tín hiệu thứ hai, sự biến đổi của môi trường tác động đi kèm theo sự biến đổi của hệ thống thần kinh trung ương lẫn ngoại biên, và càng củng cố thêm một điều rằng tất cả mọi dạng hoạt động thần kinh cấp cao ở người không hoàn toàn do gen quyết định.

Điện thế hóa dài hạn

Quá trình điện thế hóa dài hạn (long-term potentiation) diễn ra tại synap là cơ chế củng cố trí nhớ ngắn hạn thành dài hạn.[46] Do có nhiều synap trên một tế bào, các luồng xung động thần kinh sẽ được tích hợp, các biến đổi điện thế nhỏ sẽ được cộng lại với nhau. Điều kiện để quá trình này xảy ra là các synap phải được kích thích trong một khoảng thời gian nhất định. Với sự tuần hoàn liên tục của các xung động thần kinh, gây nên những biến đổi dài hạn ở màng sau synap bằng cách tăng số lượng thụ thể, tăng giải phóng chất dẫn truyền thần kinh ở tế bào trước synap.[46] Với sự hiện diện của chất dẫn truyền thần kinh chính yếu glutamate, làm hoạt hóa thụ thể N-methyl-D-aspartate, tăng tính thấm ion Ca2+, gây nên biến đổi sinh hóa thứ hai sau synap. Mạch nơron càng được hoạt hóa thì nó sẽ càng dễ hoạt hóa hơn, làm cho kích thích đi đôi với đáp ứng trong một hiện tượng gọi là "trí nhớ".[46] Các nghiên cứu về hóa sinh não bộ phát hiện được sự xuất hiện các protein mới trong quá trình hình thành phản xạ có điều kiện trong các cấu trúc thần kinh, đặc biệt là ở vỏ não. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu về hóa sinh não bộ và xuất phát từ giả thuyết của Hyden về cơ sở hóa học của trí nhớ, P.K Anokhin cho rằng do những biến đổi diễn ra trong tế bào thần kinh dưới tác động của các luồng hưng phấn có điều kiện và không điều kiện, đã làm biến đổi mã của RNA và tổng hợp các protein mới. Những protein mới này được tạo ra trong quá trình hình thành phản xạ là engram của trí nhớ hay cơ chất của phản xạ có điều kiện.[47]

Từ các kết quả của nhiều thí nghiệm, người ta nhận định rằng: RNA đóng vai trò quyết định trong quá trình thành lập phản xạ có điều kiện. RNA là chất trung gian thông tin từ ngoài truyền đến tế bào, qua RNA chuyển thành phân tử protein đó là cơ chất giữ thông tin nhận được, còn gọi là "khuôn trí nhớ".[47] Tín hiệu từ ngoài truyền vào não bộ dưới dạng các xung động thần kinh với tần số nhất định. Phụ thuộc vào tần số này mà quá trình xây dựng lại mã của RNA, nghĩa là sắp xếp lại vị trí các nucleotide trong chuỗi RNA có khác nhau. Chức năng của RNA là tổng hợp các phân tử protein do đó sự thay đổi vị trí các nucleotide trong chuỗi RNA nhất định, sẽ dẫn đến sự hình thành các phân tử protein khác nhau, đặc trưng cho sự ghi nhớ từng loại thông tin.[47]

Nhiều công trình nghiên cứu ở chuột cho thấy, sự tuần hoàn các xung động thần kinh trong các vòng nơron kéo dài khoảng 30 - 50 phút, đã có thể làm thay đổi các protein và RNA trong thân các nơron và các synap.[47] Nhờ đó trí nhớ ngắn hạn chuyển thành trí nhớ dài hạn. Quá trình này được hình thành trong một thời gian nhất định và phụ thuộc vào đặc điểm của phản xạ, vào thời gian và cường độ của kích thích, vào trạng thái chức năng của các cấu trúc liên quan với trí nhớ trong não bộ, vào đặc điểm di truyền, vào từng loài động vật và phụ thuộc vào phản ứng cảm xúc.[47]