We introduce economical versions of standard implicit ODE solvers that are specifically tailored for the efficient and accurate simulation of neural networks. The specific versions of the ODE solvers proposed here, allow to achieve a significant increase in the efficiency of network simulations, by reducing the size of the algebraic system being solved at each time step, a technique inspired by very successful semi-implicit approaches in computational fluid dynamics and structural mechanics. While we focus here specifically on Explicit first step, Diagonally Implicit Runge Kutta methods (ESDIRK), similar simplifications can also be applied to any implicit ODE solver. In order to demonstrate the capabilities of the proposed methods, we consider networks based on three different single cell models with slow-fast dynamics, including the classical FitzHugh-Nagumo model, a Intracellular Calcium Concentration model and the Hindmarsh-Rose model. Numerical experiments on the simulation of networks of increasing size based on these models demonstrate the increased efficiency of the proposed methods.


翻译:我们引入了专门为神经网络的高效和准确模拟而专门设计的标准的隐含 ODE 解答器的经济版本。此处提议的 ODE 解答器的具体版本,通过减少每一步解答的代数系统的规模,可以大大提高网络模拟的效率,这是在计算流体动态和结构力方面非常成功的半隐含方法所启发的一种技术。我们在这里特别侧重于明亮的第一步,即对等隐性隐含龙格 Kutta 方法,但类似的简化也可以适用于任何隐含的 ODE 解答器(ESDIRK ) 。为了展示所提议方法的能力,我们考虑以三种不同、具有慢速动的单细胞模型为基础的网络,包括经典的FitzHugh-Nagumo模型、一种半细胞聚变模型和Hindmarsh-Rose模型。根据这些模型对规模越来越大的网络进行模拟的数值实验,显示了拟议方法的效率的提高。

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