Cos'è la backpropagazione neurale?
Backpropagation neurale è il nome dato al fenomeno di un impulso che si muove all'indietro attraverso un circuito neurale. Mentre i potenziali d'azione di solito viaggiano dalla cellula - iniziando specificamente dal punto del poggio dell'assone - giù dall'assone ai bouton terminali che formano sinapsi con le cellule riceventi, un potenziale d'azione retropropagante si sposta effettivamente all'indietro dalla diffusione degli ioni in arrivo, causando tensione- canali ionici gated per aprire l'assone anziché verso il basso. Di solito, la backpropagation neurale ha un breve raggio di effetti, ma ha il potenziale per viaggiare attraverso un intero circuito neurale.
Un potenziale d'azione in un neurone è iniziato al poggio dell'assone, che giace dove l'assone incontra il soma di una cellula neurale. La maggior parte dei neuroni ha un singolo assone che può biforcarsi molte volte. Questo neurite è il processo che invia segnali dalla cellula, mentre i dendriti, che sono gli altri neuriti di un neurone, sono comunemente processi che ricevono segnali. La backpropagation neurale è regolata dai canali ionici nell'assone e sul corpo cellulare.
Un assone funziona nel suo ruolo di condurre potenziali di azione dal poggio dell'assone ai punti finali dell'assone, chiamati bouton terminali, aprendo canali nella membrana assonale che consentono ioni caricati positivamente nella cellula, depolarizzandolo e causando canali dipendenti dalla tensione aprire. I canali a tensione controllata consentono ulteriori ioni caricati positivamente nella cellula, come calcio e potassio. Quando una cellula perde il suo potenziale di riposo di -70mV e si depolarizza a causa delle cariche positive degli ioni in arrivo, "spara" e rilascia vescicole piene di neurotrasmettitori dai boutoni terminali alla fine di un assone.
La propagazione del segnale funziona come canali ionici lungo un assone causando l'apertura di altri canali vicini, ma questa propagazione del segnale può spostarsi nella direzione opposta e, quando lo fa, viene definita backpropagation neurale. Questo processo si verifica quando viene avviato un potenziale d'azione sul poggio dell'assone e, mentre potrebbe procedere lungo l'assone come al solito, conduce anche un segnale nella direzione opposta, causando la depolarizzazione del corpo cellulare, comprese le sinapsi e i segmenti di dendrite vicini. Quando un segmento dendritico viene depolarizzato, le densità post-sinaptiche situate all'interno di quella regione rispondono in modo diverso ai segnali in arrivo da altri neuroni. Alcune possibili conseguenze del backpropagation neurale includono fenomeni come l'inibizione dendro-dendritica e una potenziale modifica della membrana, che può cambiare le proprietà di cottura cellulare.
La plasticità sinaptica come il potenziamento a lungo termine (LTP) e la depressione a lungo termine (LTD) sono associate alla backpropagazione neurale poiché un segnale a propagazione posteriore modifica i segnali in arrivo. Mentre il concetto potrebbe sembrare elementare, l'idea di cambiare il comportamento futuro basato sull'esperienza passata è una possibile definizione di apprendimento. In un certo senso, quindi, si potrebbe dire che la backpropagazione neurale consenta alle singole cellule di "apprendere" a livello molecolare. La backpropagazione neurale è spesso osservata nella neocorteccia, nell'ippocampo e in altre regioni del cervello spesso associate alla memoria, all'apprendimento o ad un alto grado di plasticità neurale.