A Spectral Method for a Fokker-Planck Equation in Neuroscience with Applications in Neuron Networks with Learning Rules

福克-普朗克方程 统计物理学 神经元 神经科学 计算机科学 物理 人工智能 心理学 量子力学 微分方程
作者
Pei Zhang,Yanli Wang,Zhennan Zhou Zhennan Zhou
出处
期刊:Communications in Computational Physics [Cambridge University Press]
卷期号:35 (1): 70-106 被引量:1
标识
DOI:10.4208/cicp.oa-2023-0141
摘要

In this work, we consider the Fokker-Planck equation of the Nonlinear Noisy Leaky Integrate-and-Fire (NNLIF) model for neuron networks.Due to the firing events of neurons at the microscopic level, this Fokker-Planck equation contains dynamic boundary conditions involving specific internal points.To efficiently solve this problem and explore the properties of the unknown, we construct a flexible numerical scheme for the Fokker-Planck equation in the framework of spectral methods that can accurately handle the dynamic boundary condition.This numerical scheme is stable with suitable choices of test function spaces, and asymptotic preserving, and it is easily extendable to variant models with multiple time scales.We also present extensive numerical examples to verify the scheme properties, including order of convergence and time efficiency, and explore unique properties of the model, including blow-up phenomena for the NNLIF model and learning and discriminative properties for the NNLIF model with learning rules.
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