OpenStride: kemirgenlerin motor etkinliği ve davranışının nicelenmesi için ucuz, açık kaynaklı bir kuvvet plakası aktimetri sistemi

Neden küçük ayak izlerini ölçmek önemli

Bir hayvanın nasıl hareket ettiği, ince tremorlardan sakar, dengesiz adımlara kadar beyni ve bedeni hakkında çok şey açığa çıkarabilir. Araştırmacılar genellikle Parkinson benzeri tremorlar, kalıtsal ataksiler ya da yeni ilaçların etkilerini incelemek için farelerde ve sıçanlarda bu değişiklikleri çalışır. Buna karşın doğal hareketi hassas biçimde ölçen araçlar pahalı, kapalı ve elde edilmesi zor oldu. Bu makale, laboratuvarların kendi yazdırıp monte edebilecekleri parçalarla kemirgen hareketini ayrıntılı şekilde izlemesine olanak tanıyan düşük maliyetli, açık kaynak bir sistem olan OpenStride’i tanıtıyor.

Gizli bir dokunuş hissine sahip basit bir platform

OpenStride küçük bir kutu ve düz bir zemine benzer, ancak yürüme yüzeyi her köşeye yakın birer olmak üzere dört kuvvet sensörü üzerinde durur. Bir fare veya sıçan serbestçe dolaştıkça ağırlığı sensörler arasında kayar. Bu değişen kuvvetlerden sistem, hayvanın kütle merkezini saniyede yüzlerce kez hesaplar ve her adımı hassas bir konum izi haline getirir. Donanım 3D yazdırılmış plastik parçalar, şeffaf akrilik muhafaza, düşük maliyetli yük hücreleri ve tek bir veri toplama kartından oluşur; hepsi titreşimi sönümlemek için köpük pedlerle birlikte ağır bir beton tabana monte edilmiştir. Tüm kurulum, üniversite atölyelerinde yaygın araçlarla inşa edildiğinde yaklaşık 550 ABD doları tutarındadır.

Ham kuvvetlerden hareket haritalarına

Yazarlar, dört sensörden gelen ham sinyalleri kaydeden, bunları zaman içindeki konumlara dönüştüren ve ardından hareketin faydalı ölçülerini hesaplayan bir yazılım yazdılar. Genel aktivite için OpenStride, hayvanın ne kadar yol katettiğini, ne kadar hızlı gittiğini ve en az bir saniye boyunca ne sıklıkla durakladığını toplar. Ayrıca hayvanın kare arenasının kenarlarını mı yoksa açık merkezini mi tercih ettiğini izler; bu, anksiyete benzeri davranışın klasik bir testidir. Bu hesaplamaların tümü, kullanıcıların ayarlayabileceği basit bir düzleştirmeden sonra kütle merkezi yörüngesine dayanır. Sistem filtrelenmemiş verileri sakladığı için araştırmacılar deneyleri yeniden çalıştırmadan daha sonra yeni analizler uygulayabilirler.

Doğruluk ve kararlılığı teste tabi tutmak

OpenStride’in ölçümlerinin güvenilir olduğunu göstermek için ekip önce cihazı hayvan olmadan test etti. Plakanın merkezine yerleştirilen küçük bir ağırlık bir dakika boyunca neredeyse hiç kaymadı; pozisyon değişiklikleri milimetrenin kesirleri düzeyinde ölçüldü. Daha ağır ağırlıklar küçük titremeleri gerçekten azalttı ve ayrıca ping-pong topunun yakına düşürülmesi gibi dışsal rahatsızlıklara sistemi daha az duyarlı hale getirdi. Ardından araştırmacılar köşeden köşeye parmaklarıyla düz çapraz yollar çizdi. Sensör verilerinden hesaplanan mesafeler, tekrarlanan denemelerde 30×30 santimetrelik zeminin gerçek çapraz uzunluğuyla yakın bir şekilde eşleşti; bu da sistemin yol uzunluğunu doğru yakalayabildiğini doğruladı.

Sağlıklı ve dengesiz hayvanların hareketini izlemek

Ekip daha sonra gerçek hayvanları kaydetti. Normal bir fare ve normal bir sıçan her biri birkaç dakika boyunca arenayı keşfederek farklı hareket tarzlarını yansıtan karmaşık yollar üretti. Fare daha sürekli dolaştı ve çoğunlukla duvarların yakınında kaldı, sıçan ise daha az yürüdü ve daha fazla süre neredeyse hareketsiz kaldı. Aynı veriden yazılım düşük mobilite dönemlerini tanımladı ve bunların birikimli toplamını oluşturdu; ayrıca merkez ve kenar zamanlarını da çıkardı. Son olarak araştırmacılar, ilerleyici serebellar hasara ve dengesiz yürüyüşe neden olan bir mutasyonu taşıyan “shaker” sıçanlarla sağlıklı sıçanları karşılaştırdı. Yolun her bir saniyelik segmentinin ne kadar kıvrımlı olduğuna bakarak bir “ataksi oranı” türettiler; bu oran shaker sıçanlarda daha yüksekti. Ayrıca hız sinyalini frekans alanında analiz edip 3–8 Hertz aralığında ekstra güç buldular; bu, etkilenen hayvanlarda daha güçlü tremoru yansıtıyordu.

Bu yeni aracın gelecekteki çalışmalar için anlamı

OpenStride, eski ve pahalı ticari sistemlerin en ince hassasiyetiyle ve daha yüksek örnekleme hızlarıyla eşleşmez, ancak bu fedakarlık onu uygun fiyatlı, esnek ve yeniden üretmesi kolay kılar. Yazarlar tüm tasarım dosyalarını, parça listesini ve yazılım betiklerini herkesin inşa edip uyarlayabileceği şekilde halka açık bir kod barındırma sitesinde paylaştılar. Sinirbilim, psikoloji ve farmakoloji gibi pek çok soru için; özellikle genel aktivite, basit dengesiz yürüyüş ölçümleri veya sıçanlardaki tremor üzerine odaklanan çalışmalarda, OpenStride zaten iyi performans gösteriyor. Daha fazla araştırmacı benimseyip değiştirdikçe, bu açık platform hayvan davranışının daha zengin, daha doğal hareketlerle incelenmesine ve iyi donanımlı herhangi bir laboratuvarın birleştirebileceği araçlarla ölçülmesine yardımcı olabilir.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: kemirgen davranışı, kuvvet plakası, yürüyüş analizi, tremor, açık kaynak donanım