OpenStride: een goedkoop, open-source krachtsensor-actometriesysteem voor kwantificering van motorische activiteit en gedrag bij knaagdieren

Waarom het meten van kleine voetstappen ertoe doet

Hoe een dier zich beweegt kan veel onthullen over zijn hersenen en lichaam, van subtiele tremoren tot onhandige, onzekere passen. Onderzoekers bestuderen deze veranderingen vaak bij muizen en ratten om aandoeningen te onderzoeken zoals Parkinson-achtige tremor, erfelijke ataxieën of de effecten van nieuwe geneesmiddelen. Toch waren de instrumenten om natuurlijke beweging nauwkeurig te meten vaak duur, gesloten en moeilijk verkrijgbaar. Dit artikel introduceert OpenStride, een goedkoop open source systeem waarmee laboratoria wereldwijd de beweging van knaagdieren tot in detail kunnen volgen met onderdelen die ze zelf kunnen printen en monteren.

Een eenvoudig platform met een verborgen tastzin

OpenStride ziet eruit als een kleine doos met een vlakke vloer, maar het loopoppervlak rust op vier krachtsensoren, één bij elke hoek. Terwijl een muis of rat vrij rondloopt verschuift zijn gewicht over de sensoren. Uit deze wisselende krachten berekent het systeem honderden keren per seconde het zwaartepunt van het dier en zet elke stap om in een nauwkeurig spoor van posities. De hardware is opgebouwd uit 3D-geprinte kunststof onderdelen, een transparante acrylbehuizing, goedkope loadcells en één data-acquisitiekaart, alles gemonteerd op een zware betonnen basis met schuimrubberen dempingspads om trillingen te verminderen. De volledige opstelling kost ongeveer 550 Amerikaanse dollars om te bouwen met gereedschap dat gebruikelijk is in universiteitswerkplaatsen.

Van ruwe krachten naar bewegingskaarten

De auteurs schreven software die de ruwe signalen van de vier sensoren registreert, deze omzet in posities in de tijd en vervolgens nuttige bewegingsmaten berekent. Voor algemene activiteit telt OpenStride samen hoe ver het dier reist, hoe snel het gaat en hoe vaak het minstens een seconde pauzeert. Het houdt ook bij of het dier de randen van het vierkante arena prefereert of tijd doorbrengt in het open midden, een klassieke test van angstachtig gedrag. Al deze berekeningen zijn gebaseerd op de zwaartepunttraject, na eenvoudige gladstrijking die gebruikers kunnen aanpassen. Omdat het systeem onbewerkte data opslaat, kunnen onderzoekers later nieuwe analyses toepassen zonder experimenten te herhalen.

Accuraatheid en stabiliteit op de proef gesteld

Om te tonen dat de metingen van OpenStride betrouwbaar zijn testte het team het apparaat eerst zonder dieren. Een klein gewicht geplaatst in het midden van de plaat driftte nauwelijks over een minuut, met positie-veranderingen gemeten in fracties van een millimeter. Zwaardere gewichten verminderden kleine triltjes juist en maakten het systeem minder gevoelig voor verstoringen, zoals een nabij gedropte pingpongbal. Vervolgens tekenden de onderzoekers diagonaal rechte paden met een vinger van hoek tot hoek en terug. De afstanden berekend uit de sensordata kwamen nauw overeen met de werkelijke diagonaallengte van de 30 bij 30 centimeter vloer over herhaalde proeven, wat bevestigt dat het systeem padlengte accuraat vastlegt.

Gezonde en onstabiele dieren in beweging observeren

Het team nam daarna echte dieren op. Een normale muis en een normale rat verkenden elk enkele minuten de arena en produceerden verwarde paden die hun verschillende bewegingsstijlen weerspiegelen. De muis zwierf meer continu en bleef voornamelijk bij de wanden, terwijl de rat minder liep en vaker bijna stil stond. Uit dezelfde data identificeerde de software perioden van lage mobiliteit en bouwde een cumulatief totaal op, evenals tijd in centrum versus rand. Ten slotte vergeleken de onderzoekers gezonde ratten met ‘shaker’-ratten die een mutatie dragen die progressieve cerebellaire schade en een onzekere gang veroorzaakt. Door te onderzoeken hoe kronkelig elk éénsecondensegment van het pad was, leidden ze een “ataxie-ratio” af, die hoger was bij de shaker-ratten. Ze analyseerden ook het snelheidsignaal in het frequentiedomein en vonden extra kracht in de 3 tot 8 Hertz-band, wat wijst op sterkere tremor in de aangetaste dieren.

Wat dit nieuwe hulpmiddel betekent voor toekomstige studies

OpenStride bereikt niet de fijnste precisie van oudere, dure commerciële systemen en registreert met een lagere bemonsteringssnelheid, maar deze afweging maakt het betaalbaar, flexibel en eenvoudig reproduceerbaar. De auteurs hebben elk ontwerpbestand, onderdelenlijst en software-script vrijgegeven op een openbare code-hostingsite zodat andere groepen het systeem kunnen bouwen, aanpassen en uitbreiden. Voor veel vragen in de neurowetenschappen, psychologie en farmacologie, vooral die gericht op algemene activiteit, eenvoudige maten van onzekere gang of tremor bij ratten, presteert OpenStride al goed. Naarmate meer onderzoekers het adopteren en modificeren kan dit open platform de studie van dierlijk gedrag verschuiven naar rijkere, meer natuurlijke bewegingen, gemeten met instrumenten die elk goed uitgerust laboratorium kan samenstellen.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: gedrag van knaagdieren, krachtsensorplaat, gang-analyse, tremor, open source hardware