Como o hipocampo está envolvido no processamento da memória, a presença do ritmo teta durante o sono REM nessa região do cérebro pode estar relacionada a essa atividade de processamento. Sugeri que o ritmo teta reflete um processo neural através do qual a informação essencial é sobrevivência de uma espécie - reunida durante o dia - e reprocessada na memória durante o sono REM.
Em 1974, ao registrar sinais do hipocampo em ratos a coelhos que se moviam livremente, descobri a fonte que gerava o ritmo teta no hipocampo. Acredita-se que, juntamente com o neocórtex, o hipocampo forneça a base neural para a armazenagem de memória. O hipocampo é uma estrutura seqüencial composta por três tipos de neurônios. A informação proveniente de todas as áreas sensoriais e associativas do neocórtex converge para o córtex entorrinal; a partir daí, é transmitida às três populações sucessivas de neurônios do hipocampo. Os sinais chegam, primeiro, às células granulares do giro denteado, depois às células piramidais do CA3 (assim chamada em razão de sua forma triangular) e, finalmente, às células piramidais do CAI. Após ser processada a informação é retransmitida para o córtex entorrinal, retornando depois para o neocórtex.
Mostrei que o ritmo teta é produzido em duas regiões no interior do hipocampo: o giro denteado e os neurônios do CAI. Os ritmos nessas duas áreas são síncronos. Posteriormente, James B. Ranck, Jr., da State University of New York Downstate Medical Center, e sua então colega Susan Mitchell identificaram um terceiro gerador síncrono no córtex entorrinal, e Robert Verdes, da Wayne State University, descobriu os neurônios do tronco encefálico que controlam o ritmo teta. Esses neurônios transmitem sinais para o septo (estrutura do prosencéfalo), que ativam o ritmo teta no hipocampo e no córtex entorrinal. Assim, o tronco encefálico ativa o hipocampo e o neocórtex - o cerne do sistema mnemônico do cérebro.
Para determinar a relação entre o ritmo teta e a memória, provoquei uma lesão no septo de um rato. Os ratos que tinham aprendido anteriormente a localizar, mediante pistas espaciais, uma posição determinada no labirinto, não foram mais capazes de fazê-lo. Sem o ritmo teta, a memória espacial foi destruída.
Estudos sobre as alterações celulares que causam a memória ilustraram o papel do ritmo teta. Em particular, a descoberta, em 1973, da potencialização a longo prazo (long-term potentiation - LTP) - mudança no comportamento neural que reflete a atividade pregressa - revelou os meios pelos quais a memória pode ser codificada. Timothy V P. Bliss e A. R. Gardner-Medwin, do National Institute of Medical Research, em Londres, e Terje Lomo, da Universidade de Oslo, descobriram alterações em neurônios que haviam sofrido estímulos elétricos.