Summary
介绍了一种在社交条件下测量大鼠运动性能速度和精度的过程。该协议使我们能够在一个实验中研究其他人的存在对电机性能的速度和准确性的影响。
Abstract
据我们所知，没有一项研究研究过仅仅存在对动物表现准确性的影响。因此，我们开发了一个实验任务，以测量大鼠的运动性能（速度和准确性）在社会条件下。老鼠被训练在跑道上奔跑，并拉下跑道末端的操纵杆。在测试中，大鼠单独（单）或以杠杆以外的联盟大鼠（对或社交条件）执行任务。作为性能速度的指标，我们测量了开始跑步、穿过跑道和拉下操纵杆所需的时间。作为性能准确性的指数，我们计算了大鼠在第一次尝试时可以拉下操纵杆的试验次数。采用方差的单向和双向重复测量分析来分析数据。这个运行和拉力任务使我们能够在一个实验中检查另一个同点对电机性能的速度和准确性的影响。结果显示，大鼠在配对会话中执行任务更快，但比单个会话更不准确。该协议将是一个有效的动物模型，以检查仅仅存在对大鼠运动性能的速度和准确性的影响。
Introduction
社会条件对一个人的表现的影响在人和动物身上已经研究了很长时间，因为Allport1将"社会便利化"称为"仅仅从其他人的视线或声音中得到的回应"。2.虽然Allport1没有区分社会情况（共同行动或仅仅是另一种存在），但已经表明，仅仅存在其他（s）会影响一个人的表现速度或频率3，4 ，5，6.此外，在动物中，仅仅存在其他同种反应，就会在大鼠7、8和在简单过程中对类人体内的猴子进行杠杆压榨任务时，反应率更高或更高。认知任务9。
在人类中，已经表明，社会情况不仅影响反应频率或速度，而且影响性能10的精度。根据邦德和蒂图斯11的荟萃分析，施特劳斯12认为，社会促进研究中使用的情况会根据所使用的任务的特点产生不同的影响。特别是，当研究使用一项任务对一个人精确控制身体的能力和以一定速度执行的能力提出很高的要求时，性能就会下降，而这个任务往往由其定性方面来打分（例如，性能的准确性）13。
然而，除了一对夫妇的研究14，15，大多数研究动物的社会促进没有侧重于表现的准确性。例如，高野和乌克佐诺16调查仅仅存在在大鼠使用熟练的到达任务17的影响。他们要求老鼠转过身来，然后用前肢抓住架子上的奖励颗粒。作者只报告了性能速度，尽管任务可以提供性能准确性的索引。相反，大仓和松岛14号研究了共同作用对小鸡的击球精度和跑步速度的影响。结果表明，在共同动作情况下，击球精度较低，运行速度高于单独情况。
虽然大仓和松岛14日首次关注行动的质量方面，但他们的研究是关于共同行动的效果。大多数社会条件，包括共同行动，不可避免地意味着另一个社会条件的存在。为了审查共同行动所特有的效果，必须将仅仅存在与共同行动对个人业绩的影响分开。然而，该研究并没有调查仅仅存在的影响。据我们所知，没有一项研究研究过仅仅存在对动物表现准确性的影响。
我们修改了高野和Ukezono研究16中使用的任务，以评估仅仅存在对性能速度和准确性的影响。这种方法使我们能够在一个实验中检查社会条件的影响，特别是仅仅存在一个共性，对大鼠的性能准确性和性能速度的影响。
Protocol
该实验方案得到了同志社动物实验委员会的批准。
注：在光期间进行所有实验。
1. 动物
- 使用15只实验性天真的雄性白化白化动物，重300~350克，将它们放在一个受控繁殖室的单独笼子里，温度和湿度（23~2°C，70%）和获得水的机会。将光/暗周期保持在 12 h/12 h（光周期从上午 8：00 开始）。
- 分配10只大鼠作为受试者，其余作为联盟大鼠使用随机化。
- 在整个实验中，由于食物匮乏，将大鼠的体重保持在自由喂养重量的85-90%。
注：邦联的分配是减少一项研究所需的动物数量和时间。
2. 设备
注：设备概述如图1所示。该仪器是参照以前的研究16，17开发和修改的。
- 构建一个透明丙烯酸盒 （19 厘米 x 110 厘米 x 20 厘米） 与中央隔板 （5 厘米宽） 和插入两个断头台门。将断头台门放在离盒子两端 15 厘米的地方。将蜂鸣器（400 Hz，75 dB）安装在隔板上，并设置一个颗粒分配器，用于将奖励颗粒（45 mg）放入盒子侧面的食物贮器中。
- 在中央隔板内的架子上设置一个金属杠杆（夹杆：±3 mm，5厘米高），每个墙面朝跑道有一个狭缝（1.5厘米宽），以便受试者用前肢进入杠杆。但是，在邦联的一侧，在隔板墙前面插入一面透明墙，禁止联盟进入操纵杆。
- 将开关置于拉杆按下的操纵杆下方，以激活分配器。将适当的肠道长度与操纵杆连接，这是实验者拉起操纵杆所必需的。
- 使用 Arduino Mega 2560 REV3 控制断头台门、蜂鸣器和颗粒分配器，并从分配器的红外传感器和开关中获取值。准备空气压缩机 （25 L） 以操作气缸并打开断头台门。
- 将摄像机放置在设备外部的隔板附近，以便从横向视图（每秒 60 帧 [fps]） 记录大鼠的拉杆性能。使用适当的视频播放软件对视频录制进行逐帧分析。
图1：该协议中使用的设备的原理图。中央分区将框划分为两个字段。盒子的两侧都有一个断头台门，门将场地分成开始区域和跑道。请点击此处查看此图的较大版本。
图2：设备的中央分区。老鼠可以抓住一根杆子，把拉杆穿过隔板的缝隙。颗粒分配器的开关设置在操纵杆下方，一个拉杆操作可产生一个颗粒交付。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
3. 程序
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奖励颗粒的处理和习惯
- 在训练程序之前，由实验者处理所有大鼠10分钟/天3天。
- 作为奖励颗粒的习惯，在处理后3天内给每只大鼠3克的奖励颗粒。
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设备习惯
- 主题大鼠
- 在奖励弹的习性的第三天，在实验者提供每日颗粒之前，将每只大鼠放在受试者侧在仪器的跑道上15分钟进行习惯，并关闭断头台门。
- 邦联大鼠
注：有两个习惯性会话。- 在第一次习惯中，将每只大鼠放在装置的联盟侧的跑道上15分钟，与步骤3.2.1.1在同一时期。
- 在第二个习惯中，在受试者完成跑步和拉力序列训练的第二天，按照步骤 3.2.2.1 中的方法操作（如第 3.6 节所述）。
注：分别为联盟大鼠和受试者进行习惯化课程，即一次一只大鼠。在测试阶段开始之前，不要让大鼠在仪器中与另一只大鼠相遇。
- 主题大鼠
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杂志培训
注：对于受试者，在习惯设备的第二天进行杂志训练，如下所示。如果老鼠不吃所有的食物颗粒，那么第二天再进行杂志训练。- 在联盟侧的食物贮器上放置一个奖励颗粒，以排除该颗粒的嗅觉特性的影响，该颗粒在测试阶段由联盟食用（参见第 3.7 节）。
- 将一只受鼠放在受试者侧的跑道上，并关闭断头台门。
- 在 30 s 的可变时间安排下，使用颗粒分配器将奖励颗粒送入食品贮器 60 次。确保受试者吃所有交付的颗粒。
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杠杆拉动动作的整形
注：图 3是实验的流程图。- 在每个受试者的一侧和邦联的一侧，在食物容器上放一个奖励颗粒。不要将联盟大鼠放在塑造会话中。
- 将受试者大鼠放在主体侧的跑道上，并关闭断头台门。然后训练老鼠拉下杠杆。通过以下五个强化标准 （A-E） 逐渐塑造杠杆拉动行为：（A） 接近狭缝。（B） 将抓斗触摸到大鼠的枪口或前肢，事先将操纵杆拉到受试者的侧面。（C） 触摸夹杆，操纵杆倾斜到大鼠的侧面（角度为 60±30°）。（D） 使用与标准 C 中相同的条件将杆拉下到大鼠的一侧。抓住杆，将杆拉到大鼠的一侧，杆直立。
- 在给予 60 个奖励或 30 分钟时完成每日会话。当大鼠在一个会话中完成标准 E 40 次时，杠杆拉整形阶段于当天完成。
注：几乎所有的大鼠在20分钟内完成每日的整形训练，威斯塔大鼠需要大约3天才能达到标准E。
图3：实验过程的流程图。受试者按此顺序完成训练阶段和测试阶段。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
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操纵杆拉动操作的培训
- 将受子大鼠放在起始区域。不要将联盟大鼠放在培训课程中。将蜂鸣器的音调呈现 5 s，然后打开车门。当受试者拉下杠杆时，提供食物颗粒，并用绑在杠杆上的肠道向上拉杆。
- 大鼠拉下操纵杆10次（阶段前3天）或6次（阶段的最后3天）并消耗所有奖励颗粒后，关闭门，由实验者手将其移到起始区域。
- 在 20 秒的试间间隔 （ITI） 之后，重复步骤 3.5.1 和 3.5.2。当每只大鼠获得60粒时，完成每日会话。
注：这种训练还旨在让老鼠习惯蜂鸣器的音调和开门，因为威斯塔大鼠通常在第一反应门移动时表现出冻结行为。每只大鼠每天需要15分钟，这个训练阶段需要6天。
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运行和拉取序列的训练阶段
- 在步骤 3.5.1 中执行相同的过程。
- 当大鼠一次拉下杠杆并消耗奖励颗粒时，关上门，由实验者用手将其移到起始区域。
- 在 20 s 的 ITI 之后，开始下一个试用（步骤 3.6.1 和 3.6.2）。当每只大鼠获得30粒时，完成每日会话。
注：每只老鼠每天的会话大约需要20分钟。老鼠的分数达到亚康托特大约需要10天。
- 测试阶段
图 4：每个测试条件的说明。在单阶段，受试者单独执行任务。在配对阶段，将联盟大鼠放在与受试者大鼠相对的跑道上。隔板前面的透明墙阻止联盟大鼠进入杠杆。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
注：测试阶段包括两个条件下的会话，单一或对（图4）。在单一条件下，大鼠单独执行任务;也就是说，试验与运行和拉取序列的训练会话相同（第 3.6 节）。在配对条件下，联盟大鼠位于盒子的另一侧。由于分区前面的透明丙烯酸墙，联盟大鼠无法进入杠杆。
- 执行与运行和拉取序列训练阶段会话相同的单个会话（第 3.6 节）。当每只大鼠获得30粒时，完成每日会话。在邦联的一侧食物容器上放一个奖励颗粒，特别是在单一条件下的会话期间。
- 在结对会话中，在受试者大鼠的 ITI 期间给联盟大鼠一个奖励颗粒，以便将联盟大鼠保持在分区附近。
4. 数据分析
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性能精度指数
- 使用仪器外部分区附近的摄像机录制大鼠拉杆运动的视频。完成所有会话后，使用适当的视频播放软件逐帧分析视频录制，以确认评估。
- 通过在实验中对实验者进行目视观察，评估大鼠在试验中的拉力运动是否是第一击。
注：首次命中试验被定义为大鼠在第一次尝试操纵杆时可以抓住并拉下杠杆的试验。 - 计算每个受试者的首发命中率，作为首次命中试验与每个会话（运行和拉力训练阶段）或每个阶段（测试阶段）中要在分析中使用的所有试验的比例。
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性能速度指数
- 从颗粒分配器开关的值计算完成试用所需的时间：完成试用所需的时间 = （按下开关的时间） - （打开车门的时间）。然后使用红外传感器的值将完成试验所需的时间分为三个部分（图 5）。
注：启动延迟 （图 5a） 定义为从第一个传感器的车门打开到大鼠到达的时间。同样，运行时间（图 5b） 是从到达第一个传感器到到达第二个传感器的时间。杠杆拉延迟（图5c）是从到达第二个传感器到按下分配器开关的时间点。 - 仅使用首次命中试验的持续时间进行分析。计算每个课程（培训课程）和每个阶段（测试阶段）每个科目的中位数进行分析。
- 从颗粒分配器开关的值计算完成试用所需的时间：完成试用所需的时间 = （按下开关的时间） - （打开车门的时间）。然后使用红外传感器的值将完成试验所需的时间分为三个部分（图 5）。
图5：性能速度指标的测量。（a） 启动延迟：从第一个传感器的开口到大鼠到达的持续时间。（b） 运行时间：从大鼠到达第一个传感器到到达第二个传感器的持续时间。（c） 杠杆拉力延迟：从大鼠到达第二个传感器到完成杠杆拉响应的持续时间。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
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统计分析
- 对于运行和拉取序列训练阶段的索引，对方差 （ANOVA） 进行单向重复度量分析，并将会话数作为每个索引的学科内因子。
- 对于测试阶段的指数，以测试阶段中每个索引的受试者数（阶段 1 或 2）和条件（对或单）作为主题内因子，进行双向重复测量的 ANOVA。统计显著性设置为± 0.05。
Representative Results
运行和拉取序列的训练阶段
图 6显示了运行和拉取序列训练阶段均值 （SEM） 分数的平均值 = 标准误差。平均首发命中率（图6A）在训练阶段的上半场逐渐上升，然后停止在85%左右。ANOVA 结果显示，会话数的主要影响显著（F（7，63） = 3.74，p = 0.002，±2 G = 0.211）。多重比较显示，后四个会话之间没有显著差异（所有p值 > 0.60）。
图 6：运行和拉取序列训练阶段会话的平均 = SEM 分数。（A） 性能准确性指数.（B） 性能速度指数.这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
同样，在前四个会话中，性能速度指数（图 6B;启动延迟、运行时间和杠杆拉延迟）持续下降，所有值在后四个会话中稳定在 600 ms 左右。对于所有指数，ANOVA 显示会话数的主要影响显著（开始延迟：F（7，63） = 6.21，p < 0.001，± 2G = 0.279;运行时间： （F（7，63） = 3.98， p = 0.001，•2G = 0.170;杠杆拉延迟： （F（7，63） = 11.85， p < 0.001， ±2G = 0.350）。按会话进行的多个比较导致后四个会话之间所有度量值（所有p值 > 0.12）之间没有显著差异。
图 7显示了测试阶段会话的平均值 = SEM 分数。在性能精度指标方面，对相中的第一命中率（图7A）低于单相。此外，第二阶段的首发命中率高于这两种情况的第一阶段。ANOVA 的结果显示，该情况（F（1，9） = 6.25，p = 0.034，±2 G = 0.114）和相位（F （1，9） = 14.1， p = 0.005， +2G =0.147），但交互作用不显著（F（1，9） = 0.15，p = 0.703，±2 G = 0.002）。
图 7：测试阶段会话的平均 = SEM 分数。性能准确性指数（A：首次命中率）和性能速度指数（B：启动延迟，C：运行时间，D：杠杆拉延迟）。p < 0.001， = p < 0.01， = p < 0.05。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
就性能速度指数而言，配对阶段的启动延迟（图7B）比单相的启动延迟短。ANOVA 结果表明，对于启动延迟，只有条件的主要影响显著（F（1，9） = 23.1，p = 0.001，±2 G = 0.065），而相位和相互作用的主要作用不显著（相位： F（1，9） = 0.03，p = 0.878，±2 G < 0.001; 交互： F（1，9） = 0.002，p = 0.970，±2G < 0.001）。 同样，在杠杆拉延迟条件之间观察到差异（图7D）。与启动延迟一样，对于杠杆拉延迟，ANOVA 显示了该情况的显著主要影响（F（1，9） = 23.3，p = 0.001，±2 G = 0.183）。 阶段（F（1，9） = 2.72、p = 0.133、±2 G = 0.028）和相互作用（F（1，9） = 1.07，p = 0.327，±2 G = 0.002. 对于运行时间，没有显著影响（图7C，条件：F（1，9） = 3.03，p = 0.116，±2 G = 0.004;相位：F（1，9） = 4.46，p = 0.063， ±2G = 0.010;交互作用： F（1，9） = 0.29，p = 0.602，±2 G < 0.001）。
图1：该协议中使用的设备的原理图。中央分区将框划分为两个字段。盒子的两侧都有一个断头台门，门将场地分成开始区域和跑道。请点击此处查看此图的较大版本。
图2：设备的中央分区。老鼠可以抓住一根杆子，把拉杆穿过隔板的缝隙。颗粒分配器的开关设置在操纵杆下方，一个拉杆操作可产生一个颗粒交付。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图3：实验过程的流程图。受试者按此顺序完成训练阶段和测试阶段。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图 4：每个测试条件的说明。在单阶段，受试者单独执行任务。在配对阶段，将联盟大鼠放在与受试者大鼠相对的跑道上。隔板前面的透明墙阻止联盟大鼠进入杠杆。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
图5：性能速度指标的测量。（a） 启动延迟：从第一个传感器的开口到大鼠到达的持续时间。（b） 运行时间：从大鼠到达第一个传感器到到达第二个传感器的持续时间。（c） 杠杆拉力延迟：从大鼠到达第二个传感器到完成杠杆拉响应的持续时间。这个数字已由塞基古奇和哈塔12修改。请点击此处查看此图的较大版本。
Discussion
此任务使我们能够评估其他人的存在对电机性能的速度和准确性的影响。此处报告的效果大小足够大。我们重新计算了 [2（在本实验中[2和+2G]之间没有太大的区别），这些效果大小被视为中等（±2 > 0.06）或大 （ * 2 > 0.14） 根据科恩18提出的标准。因此，我们认为本研究中看到的差异是有意义和可靠的。实验结果与人类4、10的研究结果基本一致，而大仓和松岛的研究结果14则研究了共同作用对跑步速度和准确性的影响。和小鸡的叮咬行为。虽然关于人类社会促进的研究调查了社会条件对行为速度和准确性的影响，但大多数以前在动物身上的研究并没有研究仅仅对表现准确性的存在影响。本文提出的协议为研究单纯存在对电机性能的影响提供了更好的动物模型。
作为一种限制，对中第一命中率和单一条件之间的差值可以解释为实践的效果。尽管大概有足够的训练，但老鼠的表现仍有改进的余地。在运行和拉动序列训练阶段的最后四个会话中，性能准确性和性能速度指数没有变化。然而，在测试阶段，一次命中率持续上升。这种增加可能被解释为实践的效果。此外，该实验设计（A-B-A-B设计）不能排除实践的影响与条件的影响。未来的实验应 （1） 使用 A-B-B-A 设计或其他适当的实验设计来排除实践效果，（2） 考虑延长运行和拉取序列的训练阶段。
该协议可用于具有主题间设计的研究中，尽管问题的答案是"哪种设计是合适的？在主体内或主题之间？通常，使用主题间设计的研究可以排除本研究中可能观察到的实践效果。然而，学科间设计需要更多的动物和更多的时间进行一项研究（即，如果使用本文中的协议，每天需要7-8小时，使用一台设备在1天内测试所有大鼠）。使用学科内设计的研究可以减少一项研究所需的动物数量和时间，但实验者必须控制实践的效果。在实验者选择实验设计之前，应仔细权衡时间和成本。
通过细微的修改，本任务可应用于研究镜像10的共性或社会促进作用，以及人类研究的其他社会情况对大鼠表现速度和表现准确性的影响。为了研究共动的效果，请将中央分区中的操纵杆分成两个杠杆，并排列操纵杆，以便每个操纵杆可以由箱的一侧拉动。要调查使用镜子的效果，请将盒子侧侧的丙烯酸透明墙更改为镜子。同样，可以研究不透明墙后无形邦联的影响。今后使用这些修改的研究将有助于通过多方面比较物种之间的运动性能，全面了解社会促进。
Disclosures
作者没有什么可透露的。
Acknowledgments
这项工作得到了日本科学促进会向Y.S.提供的科研补助金（赠款号：JP18J10733）的支持。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 45 mg Dustless Precision Pellets Rodent, Purified |
Bio-Serv. | F0021 | |
| Arduino Mega 2560 REV3 | Arduino S.r.l. | None | |
| Pellets Dispenser with Feeder (Rats) | Harvard Apparatus | 76-0353 | |
| Power DVD 14 | CyberLink | None | Use an adequate video playback program which enables frame-by-frame playback. |
| Run-and-pull task apparatus | Bio Medica Corp. | Custom-made item | The set of apparatus (box), an air compressor, and a control device for air cylinders which receives inputs from Arduino. |
| Video camera | JVC | GZ-R300 |
References
- Allport, F. H. Social Psychology. , Houghton Mifflin. New York, NY. (1924).
- Guerin, B. Social Facilitation. , Cambridge University Press. Cambridge, UK. (1993).
- Zajonc, R. B.
- Markus, H. The effect of mere presence on social facilitation: an unobtrusive test. The Journal of Social Psychology. 14 (4), 389-397 (1978).
- Schmitt, B. H., Gilovich, T., Goore, N., Joseph, L. Mere presence and social facilitation: one more time. The Journal of Experimental Social Psychology. 22 (3), 242-248 (1986).
- Pinto, A., Oates, J., Grutter, A., Bshary, R. Cleaner wrasses Labroides dimidiatus are more cooperative in the presence of an audience. Current Biology. 21 (13), 1140-1144 (2011).
- Gipson, C. D., et al. Social facilitation of d-amphetamine self-administration in rats. Experimental and Clinical Psychopharmacology. 19 (6), 409-419 (2011).
- Levine, J. M., Zentall, T. R. Effect of a conspecific's presence on deprived rats' performance: social facilitation vs distraction/imitation. Animal Learning & Behavior. 2 (2), 119-122 (1974).
- Reynaud, A. J., Guedj, C., Hadj-Bouziane, F., Meunier, M., Monfardini, E. Social facilitation of cognition in Rhesus monkeys: audience vs. coaction. Frontiers in Behavioral Neuroscience. 9, 328 (2015).
- Innes, J. M., Gordon, M. I. The effects of mere presence and a mirror on performance of a motor task. The Journal of Social Psychology. 125 (4), 479-484 (1985).
- Bond, C. F., Titus, L. J. Social facilitation: a meta-analysis of 241 studies. Psychological Bulletin. 94 (2), 265-292 (1983).
- Strauss, B. Social facilitation in motor tasks: a review of research and theory. Psychology of Sport and Exercise. 3 (3), 237-256 (2002).
- Sekiguchi, Y., Hata, T. Effects of the mere presence of conspecifics on the motor performance of rats: higher speed and lower accuracy. Behavioural Processes. 159, 1-8 (2019).
- Ogura, Y., Matsushima, T. Social facilitation revisited: increase in foraging efforts and synchronization of running in domestic chicks. Frontiers in Neuroscience. 5, 91 (2011).
- Dorfman, A., Nielbo, K. L., Eilam, D. Traveling companions add complexity and hinder performance in the spatial behavior of rats. PLoS One. 11, e0146137 (2016).
- Takano, Y., Ukezono, M. An experimental task to examine the mirror system in rats. Scientific Reports. 4, 6652 (2014).
- Metz, G. A., Whishaw, I. Q. Skilled reaching an action pattern: stability in rat (Rattus norvegicus) grasping movements as a function of changing food pellet size. Behavioural Brain Research. 116 (2), 111-122 (2000).
- Cohen, J. Statistical Power Analysis for the Behavioral Sciences. , Second Edition, Erlbaum. Hillsdale, NJ. (1988).
