OpenStride: niedrogi, otwartoźródłowy system do aktometrii na płycie siłowej do ilościowego pomiaru aktywności motorycznej i zachowania gryzoni

Dlaczego mierzenie malutkich kroków ma znaczenie

Sposób poruszania się zwierzęcia może wiele powiedzieć o jego mózgu i ciele — od subtelnych drżeń po niezdarne, chwiejne kroki. Badacze często badają te zmiany u myszy i szczurów, by studiować schorzenia takie jak drżenie podobne do choroby Parkinsona, dziedziczne ataksje czy skutki nowych leków. Niemniej narzędzia do precyzyjnego pomiaru naturalnego ruchu były dotąd kosztowne, zamknięte i trudno dostępne. W artykule tym przedstawiono OpenStride — tani, otwartoźródłowy system, który pozwala laboratoriom na całym świecie śledzić ruchy gryzoni ze szczegółowością, używając części, które można wydrukować i samodzielnie zmontować.

Prosta platforma z ukrytym zmysłem dotyku

OpenStride wygląda jak małe pudełko z płaską podłogą, lecz jego powierzchnia do chodzenia opiera się na czterech czujnikach siły — jednym przy każdym rogu. Gdy mysz lub szczur swobodnie się porusza, jego ciężar przesuwa się między czujnikami. Z tych zmieniających się sił system oblicza środek masy zwierzęcia setki razy na sekundę, zamieniając każdy krok w precyzyjną ścieżkę pozycji. Sprzęt zbudowano z części drukowanych w 3D, przezroczystej obudowy z akrylu, niedrogich komórek obciążeniowych oraz jednej karty akwizycji danych, wszystko zamontowane na ciężkiej betonowej podstawie z piankowymi podkładkami tłumiącymi drgania. Cały zestaw kosztuje około 550 dolarów amerykańskich do zbudowania, korzystając z narzędzi dostępnych w typowych warsztatach uniwersyteckich.

Od surowych sił do map ruchu

Autorzy napisali oprogramowanie, które rejestruje surowe sygnały z czterech czujników, przekształca je w pozycje w czasie, a następnie oblicza użyteczne miary ruchu. Dla ogólnej aktywności OpenStride sumuje, jak daleko zwierzę się przemieszcza, jak szybko się porusza i jak często zatrzymuje się na co najmniej sekundę. Śledzi też, czy zwierzę preferuje krawędzie kwadratowego areny, czy spędza czas w otwartym środku — klasyczny test zachowań związanych z lękiem. Wszystkie te obliczenia opierają się na trajektorii środka masy, po prostym wygładzeniu, które użytkownicy mogą dostosować. Ponieważ system zapisuje nieprzefiltrowane dane, badacze mogą później zastosować nowe analizy bez ponownego przeprowadzania eksperymentów.

Weryfikacja dokładności i stabilności

Aby wykazać, że pomiary OpenStride są godne zaufania, zespół najpierw testował urządzenie bez udziału zwierząt. Mały ciężarek umieszczony na środku płyty praktycznie nie dryfował przez minutę, a zmiany pozycji mierzono w ułamkach milimetra. Cięższe obciążenia faktycznie redukowały drobne drgania i sprawiały, że system był mniej wrażliwy na zakłócenia, takie jak upuszczona w pobliżu piłeczka pingpongowa. Następnie badacze prowadzili proste diagonalne ścieżki palcem od rogu do rogu i z powrotem. Odległości wyliczone z danych czujników ściśle odpowiadały rzeczywistej długości przekątnej 30 na 30 centymetrów podłogi w powtarzanych próbach, potwierdzając, że system potrafi dokładnie odwzorować długość ścieżki.

Obserwacja zdrowych i chwiejnych zwierząt

Zespół następnie zarejestrował prawdziwe zwierzęta. Normalna mysz i normalny szczur każdy eksplorowali arenę przez kilka minut, tworząc poplątane ścieżki odzwierciedlające ich różne style poruszania się. Mysz wędrowała bardziej ciągle i trzymała się głównie przy ścianach, podczas gdy szczur poruszał się rzadziej i częściej był niemal nieruchomy. Z tych samych danych oprogramowanie identyfikowało okresy niskiej mobilności i tworzyło narastający sumaryczny zapis, a także czas spędzony przy środku versus przy krawędzi. Wreszcie badacze porównali zdrowe szczury z „shakerami” — szczurami noszącymi mutację powodującą postępujące uszkodzenie móżdżku i chwiejny chód. Poprzez badanie, jak skręcone były jednosekundowe segmenty ścieżki, wyprowadzili „współczynnik ataksji”, który był wyższy u szczurów shaker. Przeanalizowali także sygnał prędkości w dziedzinie częstotliwości i znaleźli dodatkową moc w paśmie 3–8 Hz, co odzwierciedla silniejsze drżenie u zwierząt dotkniętych zmianą.

Co to nowe narzędzie oznacza dla przyszłych badań

OpenStride nie dorównuje najdrobniejszej precyzji starszych, drogich systemów komercyjnych i rejestruje przy niższej częstotliwości próbkowania, ale ten kompromis pozwala uczynić go przystępnym, elastycznym i łatwym do powielenia. Autorzy udostępnili wszystkie pliki projektowe, listę części i skrypty oprogramowania na publicznym serwerze hostującym kod, aby inne grupy mogły zbudować, dostosować i rozszerzyć system. Dla wielu pytań w neuronauce, psychologii i farmakologii, szczególnie tych koncentrujących się na ogólnej aktywności, prostych miarach chwiejnego chodu czy drżenia u szczurów, OpenStride już sprawdza się dobrze. W miarę jak więcej badaczy go przyjmie i zmodyfikuje, ta otwarta platforma może pomóc przesunąć badanie zachowań zwierząt w kierunku bogatszego, bardziej naturalnego ruchu, mierzonego narzędziami, które każde dobrze wyposażone laboratorium może zmontować.

Cytowanie: 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

Słowa kluczowe: zachowanie gryzoni, płyta siłowa, analiza chodu, drżenie, sprzęt otwartoźródłowy