OpenStride：一种廉价开源的力板行为测量系统，用于定量啮齿类动物运动活动与行为

为何测量微小脚步很重要

动物的移动方式能反映大量关于其大脑与身体的信息，从细微的震颤到笨拙、不稳的步伐。研究人员常通过对小鼠和大鼠的研究来探索帕金森样震颤、遗传性共济失调或新药物的影响。然而，用于精确测量自然运动的工具往往价格昂贵、封闭且难以获得。本文介绍了 OpenStride，一种低成本、开源的系统，让世界各地的实验室能够用可自行打印和组装的部件对啮齿类动物的运动进行精细追踪。

一个外观简单却具“触觉”能力的平台

OpenStride 看起来像一个带平坦地面的盒子，但其行走表面支撑在四个力传感器上，分别位于每个角落附近。当一只小鼠或大鼠自由行走时，其重量在传感器间转移。系统根据这些不断变化的力计算动物的质心位置，每秒数百次地将每一步转化为精确的位置轨迹。硬件由3D打印的塑料部件、透明丙烯酸围栏、廉价的称重传感器（load cell）和一块数据采集板构成，全部安装在带有泡沫垫以阻尼振动的沉重混凝土底座上。使用大学工作坊常见的工具，整个装置的构建成本约为550美元。

从原始力信号到运动地图

作者编写了软件来记录四个传感器的原始信号，将其转换为随时间变化的位置，然后计算有用的运动指标。对于总体活动，OpenStride 汇总动物行进的总距离、移动速度以及至少停顿一秒钟的次数。它还跟踪动物是否偏好方形场地的边缘或在开放中心停留时间较多——这是经典的焦虑样行为测试。所有这些计算都基于质心轨迹，并经过可由用户调整的简单平滑处理。由于系统存储未滤波的数据，研究者可以在事后应用新的分析方法，而无需重新进行实验。

对精度与稳定性的检验

为证明 OpenStride 的测量可靠性，研究团队首先在无动物情况下对设备进行了测试。将小砝码置于板中心，在一分钟内几乎没有漂移，位置变化以毫米分数计。更重的砝码实际上减少了微小抖动，并使系统对外界干扰（例如附近落下一只乒乓球）不那么敏感。随后，研究人员用手指沿对角线从一角划到另一角再返回，重复多次。从传感器数据计算出的距离与30×30厘米地面的真实对角线长度高度一致，证明该系统能准确捕捉路径长度。

观察健康与不稳动物的运动

接着，团队记录了真实动物的行为。一只正常小鼠和一只正常大鼠各自在场地中探索数分钟，产生了反映出各自不同运动风格的缠绕路径。小鼠移动更连续且多停留在墙边，而大鼠行走较少、更多时间几乎静止。软件从相同数据中识别出低活动期并建立累计总量，以及中心与边缘停留时间。最后，研究者将健康大鼠与携带导致进行性小脑损伤并表现出步态不稳的“震颤鼠”进行了对比。通过检验路径每一秒段的扭曲程度，他们得出一个“共济失调比率”，该比率在震颤鼠中更高。研究者还在频域分析速度信号，发现受影响动物在3至8赫兹频段有额外的能量，反映出更强的震颤。

这项新工具对未来研究的意义

OpenStride 无法达到一些老旧且昂贵的商业系统的最高精度，并且采样率较低，但这种权衡使其变得经济、灵活且易于复制。作者已在公共代码托管平台上公开了所有设计文件、零件清单和软件脚本，便于其他研究团队构建、改编和扩展该系统。对于神经科学、心理学和药理学中的许多问题，尤其是那些关注总体活动、简单的不稳定步态度量或大鼠震颤的研究，OpenStride 已能胜任。随着更多研究者采用并改进它，这一开源平台有望推动动物行为研究向更丰富、更自然的运动方向发展，并以任何装备良好的实验室都能组装的工具来衡量这些运动。

引用: 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

关键词: 啮齿类动物行为, 力板, 步态分析, 震颤, 开源硬件