Hva er nevrell backpropagation?

Neural backpropagation er navnet gitt til fenomenet en impuls som beveger seg bakover gjennom en nevralkrets. Mens aksjonspotensialer vanligvis beveger seg fra cellen - begynnende spesifikt på punktet for aksonbakken - nedover aksonet til terminalboutonene som danner synapser med mottakende celler, beveger et tilbakepropagnerende handlingspotensial seg faktisk bakover ved diffusjon av innkommende ioner, forårsaker spenning- gated ion-kanaler for å åpne opp aksonet i stedet for nedover. Vanligvis har nevral bakparti et kort virkningsområde, men det har potensial til å reise gjennom en hel nevral krets.

Et aksjonspotensial i et nevron startes ved axonbakken, som ligger der aksonet møter somaen til en nevrell celle. De fleste nevroner har ett enkelt akson som kan forgrense mange ganger. Denne nevritten er prosessen som sender signaler fra cellen, mens dendritter, som er de andre nevrittene på en nevron, ofte er prosesser som mottar signaler. Neural backpropagation reguleres av ionekanaler i akson og på cellelegemet.

Et akson fungerer i sin rolle som å utføre handlingspotensialer fra aksonbakken til endepunktene på aksonet, kalt terminalboutoner, ved å åpne kanaler i den aksonale membranen som tillater positivt ladede ioner inn i cellen, depolariserer den og forårsaker spenningsgaterte kanaler å åpne. Spenningsluggede kanaler tillater ytterligere positivt ladede ioner inn i cellen, som kalsium og kalium. Når en celle mister sitt hvilepotensial på -70mV og blir depolarisert på grunn av de positive ladningene til de innkommende ionene, "skyter den" og frigjør nevrotransmitterfylte vesikler fra terminale boutoner på enden av en akson.

Signalutbredelse fungerer som ionekanaler langs et akson får andre kanaler i nærheten til å åpne seg, men denne signalutbredelsen kan bevege seg i motsatt retning, og når den gjør det, blir det referert til som neurale bakpropagering. Denne prosessen skjer når et handlingspotensial initieres ved aksonbakken, og selv om det kan fortsette nedover aksonet som vanlig, fører det også et signal i motsatt retning, noe som får cellekroppen til å depolarisere, inkludert synapser og nærliggende dendritsegmenter. Når et dendritisk segment depolariseres, svarer de post-synaptiske tettheter som ligger i det området annerledes på innkommende signaler fra andre nevroner. Noen mulige konsekvenser av neural backpropagation inkluderer fenomener som dendro-dendritisk hemming og en membranpotensiell modifisering, som kan endre cellulære avfyringsegenskaper.

Synaptisk plastisitet som langvarig potensiering (LTP) og langvarig depresjon (LTD) er assosiert med neurale bakpropagering fordi et bakformerende signal modifiserer innkommende signaler. Selv om konseptet kan virke elementært, er forestillingen om å endre fremtidig atferd basert på tidligere erfaringer en mulig definisjon av læring. På en måte kan det derfor sies at nevrale bakpropagering tillater individuelle celler å "lære" på molekylært nivå. Neural backpropagation sees ofte i neocortex, hippocampus og andre hjerneområder ofte assosiert med hukommelse, læring eller en høy grad av nevral plastisitet.