โดพามีน

โดพามีนเป็นสารควบคุมประสาท (neuromodulator) อย่างหนึ่งที่รู้กันว่ามีบทบาทเกี่ยวกับความจำเชิงกระบวนวิธีมีหลักฐานที่แสดงว่า โดพามีนอาจจะมีอิทธิพลต่อสภาพพลาสติกของระบบความจำต่าง ๆ โดยปรับการประมวลผลของสมองเมื่อสถานการณ์สิ่งแวดล้อมเกิดการเปลี่ยนแปลง ซึ่งทำให้บุคคลต้องเลือกพฤติกรรมที่จะทำ หรือต้องทำการตัดสินใจหลาย ๆ อย่างโดยรวดเร็วเป็นสิ่งที่สำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการการเดินหนที่ปรับตัวได้ (adaptive navigation)ซึ่งช่วยให้เขตสมองต่าง ๆ สามารถทำการตอบสนองร่วมกันในสถานการณ์ใหม่ ๆ ที่มีสิ่งเร้าและองค์ประกอบต่าง ๆ ที่ไม่คุ้นเคย และสามารถทำให้เกิดการปรับการตอบสนองทางพฤติกรรมให้เหมาะสมกับสถานการณ์ผ่านการเรียนรู้[48] วิถีประสาทโดพามีนมีอยู่กระจายทั่วไปในสมองซึ่งยังให้เกิดการประมวลผลแบบขนานในโครงสร้างต่าง ๆ มากมายโดยพร้อม ๆ กันผลงานวิจัยในปัจจุบันระบุวิถีประสาทโดพามีนที่เชื่อมต่อ ventral tagmentum-เปลือกสมอง-ระบบลิมบิก (mesocorticolimbic pathway) ว่าเป็นส่วนที่มีบทบาทมากที่สุดในการเรียนรู้ที่เกิดรางวัล (reward learning) และที่ปรับสภาพของจิต[49]

ที่ไซแนปส์

ผลงานวิจัยในปี ค.ศ. 2006 ช่วยอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างความจำเชิงกระบวนวิธี การเรียนรู้ และสภาพพลาสติกของไซแนปส์ในระดับโมเลกุลงานวิจัยหนึ่งใช้สัตว์เล็ก ๆ ที่ไม่มีแฟ็กเตอร์การถอดรหัส (transcription factor) ตระกูล CREB ในระดับที่ปกติเพื่อตรวจดูการประมวลข้อมูลใน striatum ในระหว่างการเรียนรู้แบบต่าง ๆ แม้ว่าจะยังไม่เป็นที่เข้าใจกันดี ผลงานทดลองแสดงว่า การทำงานของ CREB ที่ไซแนปส์จำเป็นเพื่อที่จะเชื่อมต่อการเรียนรู้ (acquisition) กับการเก็บ (storage) ของความจำเชิงกระบวนวิธี[50]