OpenStride: недорогая открытая система силовой платформы для актометрии для количественной оценки моторной активности и поведения грызунов

Почему важно измерять крошечные шаги

То, как животное движется, может многое рассказать о его мозге и теле — от тонких треморов до неловких, неустойчивых шагов. Исследователи часто изучают эти изменения у мышей и крыс, чтобы понять состояния, такие как тремор, похожий на болезнь Паркинсона, наследственные атаксии или эффекты новых препаратов. Однако инструменты для точного измерения естественного движения были дорогими, закрытыми и труднодоступными. В этой статье представлен OpenStride — недорогая, открытая система, позволяющая лабораториям по всему миру отслеживать движения грызунов в мельчайших деталях, используя детали, которые можно распечатать и собрать самостоятельно.

Простая платформа с «скрытым» чувством осязания

OpenStride выглядит как небольшой ящик с ровным полом, но его ходовая поверхность опирается на четыре силовых датчика, по одному в каждом углу. Пока мышь или крыса свободно перемещаются, их вес перераспределяется между датчиками. По этим меняющимся силам система вычисляет центр массы животного сотни раз в секунду, превращая каждый шаг в точный след положений. Аппаратура собрана из деталей, напечатанных на 3D‑принтере, прозрачного акрилового корпуса, недорогих тензодатчиков и одной платы сбора данных, всё это установлено на тяжёлой бетонной основе с поролоновыми амортизаторами для гашения вибраций. Сборка всей установки обходится примерно в 550 долларов США при использовании инструментов, доступных в университетских мастерских.

От сырых сил к картам движения

Авторы написали программное обеспечение, которое записывает сырые сигналы с четырёх датчиков, преобразует их в координаты во времени и затем вычисляет полезные показатели движения. Для общей активности OpenStride суммирует пройденное расстояние, скорость и частоту пауз продолжительностью не менее секунды. Система также отслеживает, предпочитает ли животное область у краёв квадратного арены или проводит время в открытом центре — классический показатель поведения, похожего на тревожность. Все эти расчёты основаны на траектории центра массы после простой фильтрации (сглаживания), которую пользователь может настраивать. Поскольку система сохраняет нефильтрованные данные, исследователи впоследствии могут применять новые методы анализа без повторного проведения экспериментов.

Проверка точности и устойчивости

Чтобы продемонстрировать надёжность измерений OpenStride, команда сначала протестировала устройство без животных. Небольшой груз, помещённый в центр пластины, почти не дрейфовал в течение минуты — изменения положения измерялись долями миллиметра. Более тяжёлые грузы фактически снижали мелкие дрожания и делали систему менее чувствительной к внешним возмущениям, например падению пинг‑понгового шарика поблизости. Затем исследователи проводили по диагонали пальцем от угла до угла и обратно. Расстояния, вычисленные по данным датчиков, тесно соответствовали истинной диагонали 30×30 сантиметрового пола в повторных испытаниях, что подтверждает способность системы точно фиксировать длину пути.

Наблюдая движения здоровых и неустойчивых животных

Далее команда записала реальных животных. Обычная мышь и обычная крыса исследовали арену в течение нескольких минут, формируя запутанные траектории, отражающие их разные стили передвижения. Мышь двигалась более непрерывно и в основном держалась у стен, тогда как крыса ходила реже и проводила больше времени почти неподвижно. По тем же данным программное обеспечение выделило периоды низкой подвижности и накопило их общий итог, а также время в центре против у края. Наконец, исследователи сравнили здоровых крыс с «дрожащими» крысами, несущими мутацию, приводящую к прогрессирующему поражению мозжечка и неустойчивой походке. Анализ степени «извилистости» каждого секундного сегмента пути позволил получить «коэффициент атаксии», который был выше у дрожащих крыс. Они также проанализировали сигнал скорости в частотной области и обнаружили повышенную мощность в диапазоне 3–8 Гц, отражающую более сильный тремор у поражённых животных.

Что этот новый инструмент означает для будущих исследований

OpenStride не достигает наивысшей точности старых дорогих коммерческих систем и записывает с меньшей частотой дискретизации, но такой компромисс делает его доступным, гибким и простым в воспроизведении. Авторы опубликовали все файлы дизайна, список деталей и скрипты программного обеспечения на публичном хостинге кода, чтобы другие группы могли собирать, адаптировать и расширять систему. Для многих задач в нейронауке, психологии и фармакологии, особенно тех, которые сосредоточены на общей активности, простых мерах неустойчивой ходьбы или треморе у крыс, OpenStride уже хорошо работает. По мере того как всё больше исследователей будет принимать и модифицировать эту платформу, она может помочь сместить изучение поведения животных в сторону богаче описанных, более естественных движений, измеряемых инструментами, которые может собрать любая хорошо оснащённая лаборатория.

Цитирование: 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

Ключевые слова: поведение грызунов, силовая платформа, анализ походки, тремор, открытое аппаратное обеспечение