Co je to neurální backpropagation?

Neurální backpropagation je jméno dané fenoménu impulsu pohybujícího se zpět neuronovým obvodem. Zatímco akční potenciály obvykle putují z buňky - počínaje konkrétně v bodě axonového svahu - dolů axonem k koncovým boutonům, které vytvářejí synapse s přijímajícími buňkami, backpropagační akční potenciál se skutečně šíří dozadu difúzí přicházejících iontů, což způsobuje napětí - gated iontové kanály pro otevření axonu místo dolů. Obvykle má neurální backpropagation krátký rozsah účinků, ale má potenciál cestovat celým nervovým obvodem.

Akční potenciál v neuronu je iniciován v axonovém pahorku, který leží tam, kde axon narazí na somu nervové buňky. Většina neuronů má jeden jediný axon, který se může mnohokrát rozdvojit. Tento neurit je proces, který vysílá signály z buňky, zatímco dendrity, které jsou ostatními neurity v neuronu, jsou obvykle procesy, které přijímají signály. Neurální zpětná propagace je regulována iontovými kanály v axonu a na těle buňky.

Axon funguje ve své roli při vedení akčních potenciálů z axonového hillocku do koncových bodů axonu, nazývaných terminální boutony, otevřením kanálů v axonální membráně, které umožňují kladně nabité ionty do buňky, depolarizaci a způsobení napěťově řízených kanálů otevřít. Kanály s napětím umožňují další kladně nabité ionty do buňky, jako je vápník a draslík. Když buňka ztratí svůj klidový potenciál -70 mV a stane se depolarizovanou v důsledku pozitivních nábojů přicházejících iontů, „vystřelí“ a uvolní vezikuly naplněné neurotransmiterem z koncových boutonů na konci axonu.

Šíření signálu funguje jako iontové kanály podél axonu, což způsobuje, že se otevřou další blízké kanály, ale toto šíření signálu se může pohybovat v opačném směru, a pokud ano, nazývá se neurální zpětné šíření. K tomuto procesu dochází, když je akční potenciál iniciován v axonovém kopci, a přestože může pokračovat axonem jako obvykle, také vede signál v opačném směru, což způsobuje depolarizaci buněčného těla, včetně synapsí a blízkých dendritových segmentů. Když je dendritický segment depolarizován, postsynaptické hustoty umístěné v této oblasti reagují odlišně na příchozí signály z jiných neuronů. Některé možné důsledky neurální zpětné propagace zahrnují jevy, jako je dendro-dendritická inhibice a modifikace membránového potenciálu, které mohou změnit vlastnosti buněčné palby.

Synaptická plasticita, jako je dlouhodobá potenciace (LTP) a dlouhodobá deprese (LTD), jsou spojeny s neurální backpropagací, protože signál šířící zpět modifikuje příchozí signály. I když se tento koncept může jevit jako elementární, představa o změně budoucího chování na základě minulých zkušeností je možná definice učení. Lze tedy říci, že nervová zpětná propagace umožňuje jednotlivým buňkám „se učit“ na molekulární úrovni. Neurální backpropagace je často pozorována v neokortexu, hippocampu a dalších oblastech mozku často spojených s pamětí, učením nebo vysokým stupněm nervové plasticity.