OpenStride: نظام رخيص ومفتوح المصدر للوحة القوة لقياس نشاط وسلوك القوارض الحركي

لماذا تهم قياسات الخطوات الصغيرة

يمكن لحركة الحيوان أن تكشف الكثير عن دماغه وجسده، من الرعشات الطفيفة إلى الخطوات الخرقاء وغير المستقرة. يدرس الباحثون غالباً هذه التغيرات في الفئران والجرذان لاستكشاف حالات مثل الرعشة الشبيهة بمرض باركنسون، واللاتنسيقات الموروثة، أو تأثيرات أدوية جديدة. ومع ذلك، كانت الأدوات لقياس الحركة الطبيعية بدقة مكلفة ومغلقة وصعبة الحصول عليها. تقدم هذه الورقة OpenStride، نظامًا مفتوح المصدر ومنخفض التكلفة يتيح للمختبرات حول العالم تتبع حركة القوارض بتفصيل دقيق باستخدام قطع يمكن طباعتها وتجميعها محليًا.

منصة بسيطة بحساسية خفية

يبدو OpenStride كصندوق صغير ذو أرضية مسطحة، لكن سطح المشي يرتكز على أربعة حساسات قوة، واحدة قرب كل زاوية. بينما يتحرك الفأر أو الجرذ بحرية، تنتقل أوزانه عبر الحساسات. من هذه القوى المتغيرة، يحسب النظام مركز كتلة الحيوان مئات المرات في الثانية، محوّلًا كل خطوة إلى أثر دقيق من المواضع. يُبنى العتاد من قطع مطبوعة بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد، وغلاف أكريليك شفاف، وخلايا تحميل منخفضة التكلفة، ولوحة واحدة لجمع البيانات، كلها مركبة على قاعدة خرسانية ثقيلة مع وسادات رغوية لتخميد الاهتزاز. تكلف المجموعة كلها حوالي 550 دولارًا أمريكيًا للبناء باستخدام أدوات شائعة في ورش الجامعات.

من القوى الخام إلى خرائط الحركة

كتب المؤلفون برنامجًا يسجل الإشارات الخام من الحساسات الأربعة، يحولها إلى مواضع مع الزمن، ثم يحسب مقاييس مفيدة للحركة. بالنسبة للنشاط العام، يجمع OpenStride المسافة التي يقطعها الحيوان، وسرعته، وعدد المرات التي يتوقف فيها لمدة ثانية على الأقل. كما يتتبع ما إذا كان الحيوان يفضل حواف الحلبة المربعة أو يقضي وقتًا في المركز المكشوف، وهو اختبار كلاسيكي للسلوك الشبيه بالقلق. تستند كل هذه الحسابات إلى مسار مركز الكتلة، بعد تنعيم بسيط يمكن للمستخدمين ضبطه. وبما أن النظام يخزن البيانات غير المصفاة، يمكن للباحثين لاحقًا تطبيق تحليلات جديدة دون إعادة إجراء التجارب.

اختبار الدقة والثبات

لإظهار أن قياسات OpenStride موثوقة، اختبر الفريق الجهاز أولاً بدون حيوانات. وضع وزن صغير في مركز اللوحة بالكاد انحرف خلال دقيقة، مع تغيّرات في الموقع بمقادير أجزاء من المليمتر. الأوزان الأثقل قلّلت فعليًا الاهتزازات الصغيرة وجعلت النظام أقل حساسية للمقاطعات، مثل كرة تنس طاولة سقطت بالقرب منه. بعد ذلك، تتبع الباحثون مسارات قطرية مستقيمة بإصبع من زاوية إلى زاوية والعودة. المطولات المحسوبة من بيانات الحساس طابقت طول القطر الحقيقي لأرضية بقياس 30 × 30 سنتيمتر عبر تجارب متكررة، مما يؤكد أن النظام قادر على قياس طول المسار بدقة.

مراقبة الحيوانات السليمة وغير المستقرة أثناء الحركة

سجل الفريق بعد ذلك حيوانات حقيقية. استكشفت فأرة طبيعية وجرذ طبيعي الحلبة كل منهما لبضع دقائق، منتجة مسارات متشابكة تعكس أساليب حركتهما المختلفة. تجولت الفأرة باستمرار أكثر وبقيت في الغالب قرب الجدران، بينما سار الجرذ أقل وقضى وقتًا أطول شبه ساكن. من نفس البيانات، حدّد البرنامج فترات قلة الحركة وبنى مجموعًا تراكميًا، وكذلك وقت المركز مقابل الحافة. أخيرًا، قارَن الباحثون بين جرذان سليمة وجرذان “الاهتزاز” الحاملة لطفرة تتسبب في تدهور مخيخي تقدمي ومشي غير مستقر. من خلال فحص مدى التفاف كل مقطع من المسار بطول ثانية واحدة، استنتجوا «نسبة اللاتنسيق» التي كانت أعلى في جرذان الاهتزاز. كما حللوا إشارة السرعة في مجال التردد ووجدوا طاقة زائدة في نطاق 3 إلى 8 هرتز، مما يعكس رعشة أقوى في الحيوانات المتأثرة.

ماذا يعني هذا الأداة الجديدة للدراسات المستقبلية

لا يضاهي OpenStride أدق دقة للأنظمة التجارية القديمة والمكلفة ويسجل بمعدل أخذ عينات أقل، لكن هذا المقايضة تجعله ميسورًا ومرنًا وسهل النسخ. نشر المؤلفون كل ملفات التصميم، وقائمة الأجزاء، وسيناريوهات البرمجيات على موقع استضافة أكواد عام حتى تتمكن مجموعات أخرى من بناء النظام وتكييفه وتوسيعه. بالنسبة للعديد من الأسئلة في علم الأعصاب، وعلم النفس، والصيدلة، وخصوصًا تلك التي تركز على النشاط العام، وقياسات بسيطة للمشي غير المستقر، أو الرعشة في الجرذان، فإن OpenStride يقدم أداءً جيدًا بالفعل. ومع تبني مزيد من الباحثين له وتعديله، قد تساعد هذه المنصة المفتوحة في تحويل دراسة سلوك الحيوان نحو حركات أغنى وأكثر طبيعية، تُقاس بأدوات يمكن لأي مختبر مجهز جيدًا تجميعها.

الاستشهاد: Yang, Y., Cooper, B., Houghton, M. et al. OpenStride: an inexpensive, open-source force plate actometry system for quantification of rodent motor activity and behaviour. Sci Rep 16, 15147 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44953-z

الكلمات المفتاحية: سلوك القوارض, لوحة القوة, تحليل المشية, رعشة, أجهزة مفتوحة المصدر