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Die Vorwärtsvorhersage ist wichtig, um Verzögerungen bei der neuronalen Verarbeitung zu überwinden (~100200 ms beim Menschen). Ohne Vorhersage ist ein Steuerungssystem mit erheblicher Verzögerung instabil. Das Zentralnervensystem verwaltet interne Modelle der Dynamik des Körpers und der Umwelt, die es ermöglichen, die Konsequenzen von Handlungen vorherzusagen, bevor sensorische Rückmeldungen eintreffen.

Das lineare Zustandsmodell (F·x_k) beschreibt, wie sich der Zustand der Welt voraussichtlich entwickeln wird. Der Vorhersagefehler wächst mit der Zeit: Die Kovarianz P(t) nimmt auf unbestimmte Zeit zu, wenn sie nicht durch neue Beobachtungen korrigiert wird. Der nützliche Vorhersagehorizont t_div ist die Zeit, nach der die Unsicherheit so stark zunimmt, dass die Vorhersage an Wert verliert.

Die Vorhersage der Flugbahn eines Projektils (parabolisch) ist eine Berechnung, die Wirbeltiere durchführen müssen, um Objekte im Flug zu fangen (Frösche, die Fliegen fangen, Baseballspieler). Experimente deuten darauf hin, dass Organismen den Abfangpunkt vorhersagen, anstatt kontinuierlich der Flugbahn zu folgen, was im Einklang mit dem kinematischen Modell steht, das die Schwerkraft als Vorstufe berücksichtigt.

Das Prinzip der Schockkopie (Schockkorollar, von Holst): Jeder motorische Befehl generiert gleichzeitig eine Vorhersage seiner sensorischen Konsequenzen (_reaf = M·u). Das tatsächliche sensorische Signal wird mit der Vorhersage verglichen: Wenn sie übereinstimmen, wurde die Bewegung erwartet und unterdrückt (was erklärt, warum wir uns nicht selbst kitzeln). Wenn sie nicht übereinstimmen (e_unexpected 0), ist in der Umgebung etwas Unerwartetes passiert.

Die modellbasierte prädiktive Steuerung (MPC) ist das optimale Steuerungsparadigma, das eine Kostenfunktion über einen Zukunftshorizont N optimiert. Sie ermöglicht die Antizipation von Einschränkungen (Hindernisse, Kraftgrenzen) und die Planung glatter Trajektorien. Das Kleinhirn implementiert die Vorwärtsmodellkomponente und der präfrontale Kortex implementiert die langfristige Planungskomponente des MPC.

>Modell

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Beschreibung

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