OpenStride: ein kostengünstiges, Open‑Source‑Kraftplattensystem zur Quantifizierung der motorischen Aktivität und des Verhaltens von Nagetieren

Warum das Messen winziger Trittspuren wichtig ist

Die Art, wie ein Tier sich bewegt, kann viel über Gehirn und Körper verraten, von feinen Tremoren bis zu unbeholfenen, unsicheren Schritten. Forschende untersuchen diese Veränderungen bei Mäusen und Ratten häufig, um Erkrankungen wie Parkinson‑ähnliche Tremore, vererbte Ataxien oder die Effekte neuer Medikamente zu erforschen. Doch die Werkzeuge zur präzisen Messung natürlicher Bewegungen waren bislang teuer, geschlossen und schwer zugänglich. Diese Arbeit stellt OpenStride vor, ein kostengünstiges Open‑Source‑System, das Labors weltweit ermöglicht, Nagetierbewegungen mit hoher Detailtreue zu verfolgen – mit Teilen, die sie selbst drucken und zusammenbauen können.

Eine einfache Plattform mit verstehter Tastwahrnehmung

OpenStride sieht aus wie eine kleine Box mit flachem Boden, doch die Lauffläche ruht auf vier Kraftsensoren, je einem in der Nähe jeder Ecke. Während sich eine Maus oder Ratte frei bewegt, verlagert sich ihr Gewicht über die Sensoren. Aus diesen Kraftverschiebungen berechnet das System hunderte Male pro Sekunde den Schwerpunkt des Tieres und verwandelt jeden Schritt in eine präzise Positionsspur. Die Hardware besteht aus 3D‑gedruckten Kunststoffteilen, einem klaren Acrylgehäuse, preiswerten Lastzellen und einer einzigen Datenerfassungsplatine, alles montiert auf einer schweren Betonbasis mit Schaumstoffpolstern zur Dämpfung von Vibrationen. Der gesamte Aufbau kostet etwa 550 US‑Dollar und lässt sich mit in Universitätswerkstätten üblichen Werkzeugen fertigen.

Von rohen Kräften zu Bewegungs‑Karten

Die Autorinnen und Autoren entwickelten Software, die die Rohsignale der vier Sensoren aufzeichnet, in zeitlich aufgelöste Positionen umwandelt und daraus nützliche Bewegungsmaße berechnet. Für allgemeine Aktivität summiert OpenStride die zurückgelegte Strecke, die Geschwindigkeit und wie oft das Tier für mindestens eine Sekunde pausiert. Es erfasst außerdem, ob das Tier die Ränder der quadratischen Arena bevorzugt oder Zeit im offenen Zentrum verbringt – ein klassischer Test für angstähnliches Verhalten. Alle diese Berechnungen basieren auf der Schwerpunktspur, nach einfacher Glättung, die Nutzer anpassen können. Weil das System unfiltrierte Rohdaten speichert, können Forschende später neue Analysen anwenden, ohne Experimente wiederholen zu müssen.

Genauigkeit und Stabilität auf die Probe gestellt

Um zu zeigen, dass die Messungen von OpenStride vertrauenswürdig sind, testete das Team das Gerät zunächst ohne Tiere. Ein kleines Gewicht, das in der Mitte der Platte platziert wurde, driftete über eine Minute kaum und Positionsänderungen lagen im Bruchteil eines Millimeters. Schwerere Gewichte reduzierten tatsächlich winzige Zittrigkeiten und machten das System weniger anfällig für Störungen, etwa wenn in der Nähe eine Tischtennis‑Kugel fiel. Anschließend zogen die Forschenden diagonale Gerade mit dem Finger von Ecke zu Ecke und zurück. Die aus den Sensordaten berechneten Distanzen stimmten bei wiederholten Durchläufen eng mit der tatsächlichen Diagonalen der 30 × 30 Zentimeter großen Fläche überein, was bestätigt, dass das System die Pfadlänge akkurat erfassen kann.

Beobachtung gesunder und unsicherer Tiere in Bewegung

Das Team zeichnete anschließend echte Tiere auf. Eine normale Maus und eine normale Ratte erkundeten jeweils mehrere Minuten lang die Arena und erzeugten verschlungene Pfade, die ihre unterschiedlichen Bewegungsstile widerspiegelten. Die Maus streifte kontinuierlicher umher und blieb meist nahe den Wänden, während die Ratte weniger lief und mehr Zeit nahezu reglos verbrachte. Aus denselben Daten identifizierte die Software Perioden geringer Mobilität und erstellte kumulative Summen sowie Zeitanteile für Zentrum versus Rand. Abschließend verglichen die Forschenden gesunde Ratten mit sogenannten „Shaker“‑Ratten, die eine Mutation tragen, die progressive Kleinhirnschäden und unsicheren Gang verursacht. Indem sie analysierten, wie stark jeder Ein‑Sekunden‑Abschnitt des Pfades verdreht war, leiteten sie ein „Ataxie‑Verhältnis“ ab, das bei den Shaker‑Ratten höher war. Sie untersuchten außerdem das Geschwindigkeitssignal im Frequenzbereich und fanden erhöhte Leistung im Bereich von 3 bis 8 Hertz, was auf stärkeren Tremor bei den betroffenen Tieren hinweist.

Was dieses neue Werkzeug für künftige Studien bedeutet

OpenStride erreicht nicht die feinste Präzision älterer, teurer kommerzieller Systeme und zeichnet mit einer niedrigeren Abtastrate auf, doch dieser Kompromiss macht es erschwinglich, flexibel und leicht reproduzierbar. Die Autorinnen und Autoren haben alle Konstruktionsdateien, Teilelisten und Software‑Skripte auf einer öffentlichen Code‑Hosting‑Plattform freigegeben, sodass andere Gruppen das System bauen, anpassen und erweitern können. Für viele Fragestellungen in Neurowissenschaft, Psychologie und Pharmakologie – insbesondere solche, die sich auf allgemeine Aktivität, einfache Maße unsicheren Gehens oder Tremor bei Ratten konzentrieren – liefert OpenStride bereits gute Ergebnisse. Wenn mehr Forschende es übernehmen und modifizieren, könnte diese offene Plattform die Untersuchung von Tierverhalten hin zu reichhaltigeren, natürlicheren Bewegungen verschieben, gemessen mit Werkzeugen, die jedes gut ausgestattete Labor selbst zusammenbauen kann.

Zitation: 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

Schlüsselwörter: Verhalten von Nagetieren, Kraftplatte, Gang‑Analyse, Tremor, Open‑Source‑Hardware