Was ist neuronale Backpropagation?
Neuronale Backpropagation ist der Name für das Phänomen eines Impulses, der sich durch einen neuronalen Stromkreis rückwärts bewegt. Während Aktionspotentiale normalerweise von der Zelle - beginnend speziell am Punkt des Axonhügels - über das Axon zu den terminalen Boutons wandern, die Synapsen mit den empfangenden Zellen bilden, bewegt sich ein sich rückwärts ausbreitendes Aktionspotential durch die Diffusion eintreffender Ionen tatsächlich rückwärts und verursacht dabei Spannung. Ionenkanäle, um das Axon zu öffnen, anstatt es herunterzufahren. Normalerweise hat die neuronale Backpropagation eine geringe Reichweite, kann jedoch einen gesamten neuronalen Stromkreis durchlaufen.
Ein Aktionspotential in einem Neuron wird am Axonhügel ausgelöst, der dort liegt, wo das Axon auf das Soma einer Nervenzelle trifft. Die meisten Neuronen haben ein einziges Axon, das sich viele Male teilen kann. Dieser Neurit ist der Prozess, der Signale von der Zelle sendet, während Dendriten, die die anderen Neuriten eines Neurons sind, üblicherweise Prozesse sind, die Signale empfangen. Die neuronale Backpropagation wird durch Ionenkanäle im Axon und auf dem Zellkörper reguliert.
Ein Axon hat die Aufgabe, Aktionspotentiale vom Axonhügel zu den Endpunkten des Axons zu leiten, die als Terminal Boutons bezeichnet werden, indem es Kanäle in der Axonmembran öffnet, die positiv geladene Ionen in die Zelle befördern, sie depolarisieren und spannungsgesteuerte Kanäle verursachen öffnen. Durch spannungsgesteuerte Kanäle können weitere positiv geladene Ionen wie Kalzium und Kalium in die Zelle gelangen. Wenn eine Zelle ihr Ruhepotential von -70 mV verliert und aufgrund der positiven Ladungen der einfallenden Ionen depolarisiert wird, "feuert" sie und setzt am Ende eines Axons mit Neurotransmittern gefüllte Vesikel aus den terminalen Boutons frei.
Die Signalausbreitung fungiert als Ionenkanal entlang eines Axons und bewirkt, dass andere Kanäle in der Nähe geöffnet werden. Diese Signalausbreitung kann sich jedoch in umgekehrter Richtung bewegen. In diesem Fall wird sie als neuronale Rückausbreitung bezeichnet. Dieser Prozess findet statt, wenn ein Aktionspotential am Axonhügel ausgelöst wird und es, obwohl es wie üblich im Axon abläuft, auch ein Signal in die entgegengesetzte Richtung leitet, wodurch der Zellkörper depolarisiert wird, einschließlich Synapsen und nahegelegener Dendritensegmente. Wenn ein dendritisches Segment depolarisiert wird, reagieren die in diesem Bereich befindlichen postsynaptischen Dichten unterschiedlich auf eingehende Signale von anderen Neuronen. Einige mögliche Folgen der neuronalen Backpropagation sind Phänomene wie die dendrodendritische Hemmung und eine Membranpotentialmodifikation, die die zellulären Brändeigenschaften verändern kann.
Synaptische Plastizität wie Langzeitpotenzierung (LTP) und Langzeitdepression (LTD) sind mit neuronaler Rückausbreitung verbunden, da ein sich rückwärts ausbreitendes Signal eingehende Signale modifiziert. Während das Konzept elementar erscheinen mag, ist der Begriff der Änderung des zukünftigen Verhaltens auf der Grundlage vergangener Erfahrungen eine mögliche Definition des Lernens. In gewisser Weise könnte man daher sagen, dass durch neuronale Rückübertragung einzelne Zellen auf molekularer Ebene "lernen" können. Neuronale Backpropagation tritt häufig im Neokortex, im Hippocampus und in anderen Hirnregionen auf, die häufig mit Gedächtnis, Lernen oder einem hohen Grad an neuronaler Plastizität in Verbindung gebracht werden.