Mange skjenker en kopp kaffe om morgenen for å vekke seg. Men nøyaktig hvor mye koffein bør du konsumere - og når bør du ta det - for å oppnå "topp" årvåkenhet?
En ny algoritme tar sikte på å svare på det spørsmålet.
Algoritmen, utviklet av amerikanske hærforskere, tar hensyn til folks søvnplaner og identifiserer hvor mye koffein de skal konsumere, og når, for å oppnå optimal våkenhet.
Forskerne fant at ved å bruke denne algoritmen kunne de forbedre folks ytelse på en oppmerksomhetsoppgave med opptil 64 prosent, selv om folk konsumerte den samme totale mengden koffein som de gjorde før. (Algoritmen kan for eksempel anbefale en spesifikk mengde koffein på en gang, og deretter en annen mengde senere på dagen.) Studien fant også at folk ved å følge algoritmens doseringsskjema kunne redusere koffeinforbruket med opp til 65 prosent, og oppnår fortsatt samme ytelsesnivå.
"Vi utviklet algoritmer som fungerer sammen, og de tillater oss i grunn å bestemme, på individnivå, når og hvor mye individet skal ta koffein for å oppnå topp ytelse på ønsket tidspunkt, i ønsket varighet," sa seniorforfatter Jaques. Reifman, direktør for DoD Biotechnology High Performance Computing Software Applications Institute ved US Army Medical Research and Materiel Command i Fort Detrick, Maryland.
For eksempel, hvis du er en student som har blitt søvnmangel den siste uken mens du stapper til en kommende eksamen, har algoritmen som mål å fortelle deg når du skal ta koffein "så du er så våken som mulig under eksamen," Reifman fortalte Live Science.
Forskerne har allerede brukt teknologien sin for å utvikle et nettbasert verktøy og en smarttelefon-app, kalt 2B ‐ Alert, som kan forutsi en persons våkenhet basert på søvntiden og koffeinforbruket. Nettverktøyet gir et resultat for den "gjennomsnittlige Joe", mens smarttelefonappen lærer over tid hvordan en person reagerer på søvnmangel og koffein, sa Reifman.
For øyeblikket forteller ikke den offentlig tilgjengelige versjonen av 2B-Alert folk når og hvor mye koffein du må ta for å oppnå topp ytelse. Dette aspektet av arbeidet blir fortsatt validert i studier på amerikanske soldater.
Til slutt, selv om arbeidet utvikles for militæret, håper Reifman at det også kan være til nytte for lekfolk, inkludert skiftarbeidere, flygeledere og til og med studenter som stapper for en test. "Vi lider alle av søvnmangel" fra tid til annen, sa Reifman.
Koffein og timing
Effekten av koffein avhenger ikke bare av hvor mye du spiser, men når du spiser det - for en søvnmangel kan det hende at en eneste kopp kaffe om morgenen ikke forhindrer døsighet senere på dagen.
Tidligere utviklet forskerne en matematisk modell, kalt den enhetlige ytelsesmodellen (UMP), som kunne forutsi effekten av søvntap og koffeinforbruk på en persons ytelse. Men denne modellen fortalte ikke folk nøyaktig når og hvor mye koffein de trengte å ta for å oppnå topp ytelse.
For å løse dette problemet kombinerte forskerne UMP med en "optimaliseringsalgoritme." Den nye algoritmen brukte en persons søvnplan som input og ga en "koffeindoseringsstrategi" (når og hvor mye koffein å ta) som output.
Forskerne testet deretter algoritmen sin ved hjelp av data fra tidligere studier om effektiviteten av koffein hos personer som var søvnmangel. I disse tidligere studiene ble mennesker fratatt søvn i en viss mengde tid og gitt spesifikke doser koffein. Deretter målte forskerne hvor godt koffeinet forbedret ytelsen sin på en enkel oppgave som målte oppmerksomhet og reaksjonstid.
I den nye studien kjørte forskerne datasimuleringer for å undersøke folks ytelse ved å bruke koffeindoseringsstrategier i de originale studiene, så vel som doseringsstrategiene bestemt av den nye algoritmen.
De fant at doseringsstrategiene fra den nye algoritmen kunne forbedre folks ytelse med 16 til 64 prosent og redusere det totale koffeinforbruket med 17 til 65 prosent, sammenlignet med de tidligere studiene.
Hvordan var dette mulig? I en studie konsentrerte for eksempel deltakerne 400 milligram koffein på samme tid hver dag, i fem dager, for totalt 2000 mg. Men fordi deltakerne ble søvnmangel - og fikk bare 5 timers søvn om natten - akkumulerte de gradvis en "søvngjeld" som skadet resultatene deres, spesielt senere på dagen. Så optimaliseringsalgoritmen bestemte at deltakerne trengte mer koffein senere i uken (spesielt senere på dagen) - og mindre koffein i begynnelsen av uken - for å optimalisere ytelsen.
Mens den nåværende studien var retrospektiv (noe som betyr at den brukte tidligere data), planlegger forskerne en annen studie som skal teste algoritmen i sanntid. I denne fremtidige studien blir soldater fratatt søvn i en viss tid. Omtrent halvveis i denne perioden vil algoritmen bestemme hvor mye koffein hver lodder trenger, og på hvilket tidspunkt, slik at de oppnår minst et visst nivå av våkenhet, sa Reifman.
Reifman sa at optimaliseringsalgoritmen burde være tilgjengelig på 2B-Alert-plattformen en gang før utgangen av året.
