Ενα κρίσιμο μέρος της διαδικασίας απομνημόνευσης συμβαίνει κατά τη διάρκεια του ύπνου. Οι πρόσφατα σχηματισμένες μνήμες επανέρχονται τη νύχτα και αυτή η αναπαραγωγή βοηθάει στην ενίσχυσή τους, επιτρέποντας σε κάποιες απ' αυτές να εγγραφούν στη μνήμη για πάντα. Ορισμένες μελέτες νευροεπιστημόνων διερεύνησαν πώς μπορούν να γίνουν παρεμβάσεις κατά τη διάρκεια του ύπνου, ώστε να ενισχυθεί η διαδικασία απομνημόνευσης. Απέδειξαν ότι το πρόγραμμα ενίσχυσης των μνημών κατά τον ύπνο μπορεί να ενισχυθεί με τη βοήθεια ήχων και οσμών. Ερευνες με ποντίκια έδειξαν τη δυνατότητα ακόμη και για μια μορφή εμφύτευσης στοιχειωδών πληροφοριών, αφού με τη χρήση ηλεκτρικών ερεθισμάτων κατά τη διάρκεια του ύπνου σε ειδικούς νευρώνες θέσης, συνδυασμένων με ταυτόχρονους ερεθισμούς στο νευρικό κύκλωμα επιβράβευσης, τα ζώα όταν ξύπνησαν πήγαν αμέσως στις τοποθεσίες που αντιστοιχούσαν στους νευρώνες θέσης που είχαν ερεθιστεί τη νύχτα.
Οταν αυτός ο νευρωνικός διάλογος διαταραχθεί δημιουργούνται προβλήματα στην απομνημόνευση. Ατομα με εγκεφαλική βλάβη στον ιππόκαμπο ή τμήματα του θαλάμου, μπορεί να αναπτύξουν μεγάλου εύρους αμνησία. Χωρίς τις αλληλεπιδράσεις αυτών των περιοχών του εγκεφάλου, τόσο κατά τη διάρκεια της εγρήγορσης, όσο και κατά τη διάρκεια του ύπνου, ο φλοιός δεν μπορεί να αποθηκεύσει νοητικές εγγραφές γεγονότων. Μια ηπιότερη μορφή διαταραχής της μνήμης εμφανίζεται όταν η διαδικασία επεξεργασίας των αναμνήσεων κατά τη διάρκεια του ύπνου διαταραχθεί σοβαρά.
Με μια διαδικασία που οι ερευνητές ονομάζουν επενεργοποίηση στοχευμένης μνήμης (TMR) έκαναν δοκιμή παρέμβασης στην απομνημόνευση ανθρώπων κατά τη διάρκεια του ύπνου. Αρχικά έμαθαν στους συμμετέχοντες την κατάλληλη θέση 50 αντικειμένων σε ένα χώρο, βάζοντας τις εικόνες τους στο κατάλληλο σημείο της εικόνας στην οθόνη ενός υπολογιστή, ενώ ταυτόχρονα άκουγαν ένα συναφή ήχο, π.χ. ένα νιαούρισμα για μια γάτα, ή ένα σφύριγμα για το τσαγερό. Μετά τους έβαλαν να κοιμηθούν, παρακολουθώντας τους με μηχανήματα ηλεκτροεγκεφαλογραφήματος. Οταν εμφανίστηκαν στο μηχάνημα τα εγκεφαλικά κύματα χαμηλής συχνότητας, έβαλαν να παίζει απαλά, έτσι που να μην ξυπνήσουν, είτε το νιαούρισμα, είτε το σφύριγμα. Οταν οι συμμετέχοντες στο πείραμα ξύπνησαν, ο καθένας θυμόταν καλύτερα τις τοποθεσίες του αντικειμένου που σχετιζόταν με το ηχητικό παρακολούθημα που είχε ακούσει κατά τη διάρκεια του ύπνου του.
Οι ερευνητές που εφαρμόζουν τη μέθοδο TMR θεωρούν ότι ίσως μπορεί να βοηθήσει και για τη θεραπεία διάφορων διαταραχών, για τη μείωση του εθισμού και για την επιτάχυνση της ανάκαμψης μετά από ασθένειες, π.χ. για την ανάκτηση ικανοτήτων κίνησης των βραχιόνων μετά από εγκεφαλικά που έπληξαν τη συγκεκριμένη ικανότητα. Οι επιστήμονες που ερευνούν τη σχέση ύπνου - μνήμης θεωρούν ότι πρέπει να διερευνηθούν περισσότερο το ζήτημα της ενίσχυσης της απομνημόνευσης κατά τη διάρκεια του ύπνου καθώς και οι νευρικοί μηχανισμοί που σχετίζονται με τη διατήρηση των πιο σημαντικών γνώσεων και αναμνήσεων. Παράλληλα, να διερευνηθούν οι κίνδυνοι από τον ανεπαρκή ή μη ποιοτικό ύπνο, είτε αυτό οφείλεται στο άγχος, είτε σε συγκεκριμένες ασθένειες, είτε στα γηρατειά. Ηδη σε ασθενείς με τη δυσλειτουργία στη μνήμη που συνήθως προηγείται της νόσου Αλτσχάιμερ διαπιστώθηκε συσχέτιση των προβλημάτων στον ύπνο με τη δυσκολία να θυμηθούν πληροφορίες της προηγούμενης μέρας. Η εμβάθυνση της γνώσης για τη σχέση ύπνου - μνήμης ίσως οδηγήσει σε προγράμματα ενίσχυσης της απομνημόνευσης έξω από τα εργαστηριακά πλαίσια.