Neural backpropagation är namnet på fenomenet med en impuls som rör sig bakåt genom en neural krets. Medan aktionspotentialer vanligtvis färdas från cellen – med början specifikt vid punkten för axonkullen – ner i axonet till de terminala bultarna som bildar synapser med mottagande celler, rör sig en bakåtpropagerande aktionspotential faktiskt bakåt genom diffusion av inkommande joner, vilket orsakar spänning- gated jonkanaler för att öppna upp axonet istället för nedåt. Vanligtvis har neural backpropagation en kort effekt, men den har potential att resa genom en hel neural krets.
En aktionspotential i en neuron initieras vid axonkullen, som ligger där axonet möter soma hos en neural cell. De flesta neuroner har ett enda axon som kan dela sig många gånger. Denna neurit är den process som skickar signaler från cellen, medan dendriter, som är de andra neuriterna på en neuron, vanligtvis är processer som tar emot signaler. Neural backpropagation regleras av jonkanaler i axonet och på cellkroppen.
Ett axon fungerar i sin roll att leda aktionspotentialer från axonkullen till axonets ändpunkter, kallade terminala boutons, genom att öppna kanaler i det axonala membranet som tillåter positivt laddade joner in i cellen, depolariserar den och orsakar spänningsstyrda kanaler att öppna. Spänningsstyrda kanaler tillåter ytterligare positivt laddade joner in i cellen, som kalcium och kalium. När en cell förlorar sin vilopotential på -70mV och blir depolariserad på grund av de positiva laddningarna av de inkommande jonerna, ”avfyrar” den och frigör neurotransmittorfyllda vesiklar från terminala bultar i slutet av ett axon.
Signalutbredning fungerar som jonkanaler längs ett axon gör att andra närliggande kanaler öppnas, men denna signalutbredning kan röra sig i motsatt riktning och när den gör det kallas det neural backpropagation. Denna process inträffar när en aktionspotential initieras vid axonkullen och, även om den kan fortsätta nerför axonet som vanligt, leder den också en signal i motsatt riktning, vilket får cellkroppen att depolarisera, inklusive synapser och närliggande dendritsegment. När ett dendritiskt segment depolariseras, reagerar de postsynaptiska tätheterna inom den regionen annorlunda på inkommande signaler från andra neuroner. Några möjliga konsekvenser av neural backpropagation inkluderar fenomen som dendro-dendritisk hämning och en membranpotentialmodifiering, som kan ändra cellulära bränningsegenskaper.
Synaptisk plasticitet som långvarig potentiering (LTP) och långvarig depression (LTD) är förknippade med neural backpropagation eftersom en bakåtpropagerande signal modifierar inkommande signaler. Även om konceptet kan tyckas vara elementärt, är idén om att förändra framtida beteende baserat på tidigare erfarenheter en möjlig definition av lärande. På ett sätt kan därför neural backpropagation sägas tillåta enskilda celler att ”lära sig” på molekylär nivå. Neural backpropagation ses ofta i neocortex, hippocampus och andra hjärnregioner som ofta förknippas med minne, inlärning eller en hög grad av neural plasticitet.