Backpropagation saraf adalah nama yang diberikan untuk fenomena impuls bergerak mundur melalui sirkuit saraf. Sementara potensial aksi biasanya berjalan dari sel — dimulai secara khusus pada titik bukit akson — menuruni akson ke terminal bouton yang membentuk sinapsis dengan sel penerima, potensial aksi propagasi balik sebenarnya bergerak mundur oleh difusi ion yang masuk, menyebabkan tegangan- saluran ion gated untuk membuka akson bukannya turun. Biasanya, backpropagation saraf memiliki efek jangka pendek, tetapi memiliki potensi untuk melakukan perjalanan melalui seluruh sirkuit saraf.
Potensial aksi dalam neuron dimulai di bukit akson, yang terletak di mana akson bertemu dengan soma sel saraf. Kebanyakan neuron memiliki satu akson tunggal yang dapat bercabang berkali-kali. Neurit ini adalah proses yang mengirimkan sinyal dari sel, sedangkan dendrit, yang merupakan neurit lain pada neuron, umumnya merupakan proses yang menerima sinyal. Perambatan balik saraf diatur oleh saluran ion di akson dan di badan sel.
Fungsi akson dalam perannya menghantarkan potensial aksi dari bukit akson ke titik akhir akson, yang disebut terminal bouton, dengan membuka saluran di membran aksonal yang memungkinkan ion bermuatan positif masuk ke dalam sel, mendepolarisasinya dan menyebabkan saluran berpintu tegangan membuka. Saluran bertegangan tegangan memungkinkan ion bermuatan positif lebih lanjut ke dalam sel, seperti kalsium dan kalium. Ketika sel kehilangan potensial istirahatnya sebesar -70mV dan menjadi terdepolarisasi karena muatan positif dari ion yang masuk, sel itu “menyala” dan melepaskan vesikel berisi neurotransmiter dari terminal bouton di ujung akson.
Perambatan sinyal berfungsi sebagai saluran ion di sepanjang akson yang menyebabkan saluran terdekat lainnya terbuka, tetapi perambatan sinyal ini dapat bergerak ke arah sebaliknya dan ketika itu terjadi, ini disebut sebagai perambatan balik saraf. Proses ini terjadi ketika potensial aksi dimulai di bukit akson dan, sementara itu mungkin berlanjut ke akson seperti biasa, ia juga menghantarkan sinyal ke arah yang berlawanan, menyebabkan badan sel terdepolarisasi, termasuk sinapsis dan segmen dendrit di dekatnya. Ketika segmen dendritik didepolarisasi, kepadatan pasca-sinaptik yang terletak di dalam wilayah itu merespons secara berbeda terhadap sinyal yang masuk dari neuron lain. Beberapa kemungkinan konsekuensi dari backpropagation saraf termasuk fenomena seperti penghambatan dendro-dendritik dan modifikasi potensial membran, yang dapat mengubah sifat pembakaran seluler.
Plastisitas sinaptik seperti potensiasi jangka panjang (LTP) dan depresi jangka panjang (LTD) dikaitkan dengan propagasi balik saraf karena sinyal perambatan balik memodifikasi sinyal yang masuk. Sementara konsepnya mungkin tampak dasar, gagasan mengubah perilaku masa depan berdasarkan pengalaman masa lalu adalah definisi yang mungkin dari pembelajaran. Di satu sisi, oleh karena itu, backpropagation saraf dapat dikatakan memungkinkan sel-sel individu untuk “belajar” pada tingkat molekuler. Backpropagation saraf sering terlihat di neokorteks, hipokampus dan daerah otak lainnya yang sering dikaitkan dengan memori, pembelajaran, atau plastisitas saraf tingkat tinggi.