OpenStride: un sistema economico e open-source basato su pedana di forze per la quantificazione dell’attività motoria e del comportamento dei roditori

Perché misurare i passetti minuscoli è importante

Il modo in cui un animale si muove può rivelare molto sul suo cervello e sul suo corpo, da tremori sottili a passi goffi e instabili. I ricercatori spesso studiano questi cambiamenti in topi e ratti per esplorare condizioni come tremori simili al Parkinson, atassie ereditarie o gli effetti di nuovi farmaci. Tuttavia, gli strumenti per misurare il movimento naturale con precisione sono stati costosi, proprietari e difficili da ottenere. Questo articolo presenta OpenStride, un sistema a basso costo e open source che consente ai laboratori di tutto il mondo di tracciare il movimento dei roditori in dettaglio usando parti che possono stampare e assemblare da sé.

Una piattaforma semplice con un senso del tatto nascosto

OpenStride sembra una piccola scatola con un pavimento piatto, ma la sua superficie di camminamento poggia su quattro sensori di forza, uno vicino a ciascun angolo. Quando un topo o un ratto si muove liberamente, il suo peso si sposta tra i sensori. Da queste forze variabili il sistema calcola il centro di massa dell’animale centinaia di volte al secondo, trasformando ogni passo in una traccia precisa di posizioni. L’hardware è costruito con parti in plastica stampate in 3D, un involucro in acrilico trasparente, celle di carico economiche e una singola scheda di acquisizione dati, il tutto montato su una base pesante in calcestruzzo con cuscinetti di schiuma per smorzare le vibrazioni. L’intero allestimento costa circa 550 dollari USA da costruire utilizzando strumenti comuni nelle officine universitarie.

Dalle forze grezze alle mappe del movimento

Gli autori hanno scritto un software che registra i segnali grezzi dei quattro sensori, li converte in posizioni nel tempo e poi calcola misure utili del movimento. Per l’attività generale, OpenStride somma quanto l’animale si è spostato, quanto velocemente si muove e quanto spesso si ferma per almeno un secondo. Tiene anche traccia se l’animale preferisce i bordi dell’arena quadrata o passa tempo al centro aperto, un test classico di comportamento simile all’ansia. Tutti questi calcoli si basano sulla traiettoria del centro di massa, dopo un semplice livellamento che gli utenti possono regolare. Poiché il sistema conserva i dati non filtrati, i ricercatori possono poi applicare nuove analisi senza dover ripetere gli esperimenti.

Mettere alla prova accuratezza e stabilità

Per dimostrare che le misure di OpenStride sono attendibili, il team ha prima testato il dispositivo senza animali. Un piccolo peso posto al centro della pedana ha mostrato pochissima deriva in un minuto, con variazioni di posizione misurate in frazioni di millimetro. Pesi maggiori hanno effettivamente ridotto le piccole oscillazioni e reso il sistema meno sensibile a disturbi, come una pallina da ping-pong lasciata cadere nelle vicinanze. Successivamente i ricercatori hanno tracciato percorsi diagonali diritti con un dito da un angolo all’altro e ritorno. Le distanze calcolate dai dati dei sensori corrispondevano da vicino alla reale lunghezza diagonale del pavimento da 30 per 30 centimetri in prove ripetute, confermando che il sistema può catturare accuratamente la lunghezza dei percorsi.

Osservare il movimento di animali sani e instabili

Il team ha poi registrato animali reali. Un topo normale e un ratto normale hanno esplorato l’arena per diversi minuti, producendo percorsi aggrovigliati che riflettevano i loro diversi stili di movimento. Il topo si muoveva in modo più continuo e stava per lo più vicino alle pareti, mentre il ratto camminava meno e passava più tempo quasi immobile. Dagli stessi dati il software ha identificato periodi di bassa mobilità e ha costruito un totale cumulativo, oltre al tempo trascorso al centro rispetto al bordo. Infine, i ricercatori hanno confrontato ratti sani con ratti “tremanti” portatori di una mutazione che causa danni cerebellari progressivi e un’andatura instabile. Esaminando quanto fosse tortuoso ogni segmento di percorso di un secondo, hanno derivato un “rapporto di atassia”, più elevato nei ratti tremanti. Hanno anche analizzato il segnale di velocità nel dominio della frequenza e trovato potenza aggiuntiva nella banda 3–8 Hertz, riflettendo un tremore più forte negli animali affetti.

Cosa significa questo nuovo strumento per studi futuri

OpenStride non eguaglia la precisione più fine dei sistemi commerciali costosi e registra a una frequenza di campionamento inferiore, ma questo compromesso gli permette di essere economico, flessibile e facile da riprodurre. Gli autori hanno pubblicato ogni file di design, lista dei componenti e script software su un sito pubblico di hosting del codice in modo che altri gruppi possano costruire, adattare ed estendere il sistema. Per molte domande in neuroscienze, psicologia e farmacologia, specialmente quelle incentrate sull’attività generale, misure semplici di camminata instabile o sul tremore nei ratti, OpenStride offre già buone prestazioni. Man mano che più ricercatori lo adottano e lo modificano, questa piattaforma open potrebbe contribuire a spostare lo studio del comportamento animale verso movimenti più ricchi e naturali, misurati con strumenti che qualsiasi laboratorio ben attrezzato può assemblare.

Citazione: 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

Parole chiave: comportamento dei roditori, pedana di forze, analisi dell’andatura, tremore, hardware open source