Sự tăng cường dài hạn (LTP) là sự gia tăng bền vững về cường độ dẫn truyền thần kinh sau khi có sự kích thích ngắn, tần số cao trên một đường dẫn truyền. Nó được coi là một cơ chế tế bào quan trọng trong quá trình học tập và ghi nhớ.

Khi một nơron tiền synapse phát xung nhanh và liên tục lên một nơron hậu synapse, synapse trở nên hiệu quả hơn. Các tín hiệu tiếp theo tạo ra phản ứng hậu synapse lớn hơn. Quá trình này phụ thuộc rất nhiều vào thụ thể NMDA, cho phép canxi đi vào chỉ khi tế bào hậu synapse đã bị khử cực. Canxi kích hoạt các chuỗi phản ứng phân tử làm tăng số lượng thụ thể AMPA trong màng tế bào và có thể dẫn đến những thay đổi cấu trúc như sự phát triển của các gai dendrite mới.

Hiện tượng tăng cường dẫn truyền thần kinh dài hạn (LTP) đã được nghiên cứu rộng rãi nhất ở vùng hồi hải mã, tuy nhiên các quá trình tương tự cũng xảy ra ở các vùng não khác. Việc ngăn chặn các bước phân tử của LTP làm suy giảm một số dạng học tập ở động vật; việc tăng cường chúng có thể cải thiện hiệu suất. Hiện tượng này tạo ra một cầu nối cụ thể giữa kinh nghiệm và sự thay đổi lâu dài trong các mạch thần kinh.

Khi một khớp thần kinh ghi nhớ hoạt động mạnh gần đây bằng cách trở nên mạnh hơn, đó là hiện tượng tăng cường dài hạn.