Mange mennesker hælder nøje en kop kaffe om morgenen for at vågne op. Men nøjagtigt hvor meget koffein skal du forbruge - og hvornår skal du tage det - for at opnå "top" årvågenhed?
En ny algoritme sigter mod at besvare det spørgsmål.
Algoritmen, der er udviklet af U.S. Army-forskere, tager hensyn til folks søvnplaner og identificerer, hvor meget koffein de skal forbruge, og hvornår, for at opnå optimal årvågenhed.
Forskerne fandt, at de ved at bruge denne algoritme kunne forbedre folks ydeevne på en opmærksomhedsopgave med op til 64 procent, selvom folk spiste den samme samlede mængde koffein, som de gjorde før. (Algoritmen kan for eksempel anbefale en bestemt mængde koffein ad gangen og derefter en anden mængde senere på dagen.) Undersøgelsen fandt også, at folk ved at følge algoritmens doseringsplan kunne reducere deres koffeinforbrug med op til 65 procent og opnår stadig det samme niveau af ydeevne.
"Vi udviklede algoritmer, der arbejder sammen, og de giver os i det væsentlige mulighed for at bestemme på individuelt niveau, hvornår og hvor meget individet skal tage koffein for at opnå topydelse på det ønskede tidspunkt i den ønskede varighed," sagde seniorforfatter Jaques Reifman, direktør for DoD Biotechnology High Performance Computing Software Applications Institute ved US Army Medical Research og Materiel Command i Fort Detrick, Maryland.
For eksempel, hvis du er en studerende, der har været søvnmangel i den sidste uge, mens du stapper til en kommende eksamen, sigter algoritmen at fortælle dig, hvornår du skal tage koffein "så du er så opmærksom som muligt under eksamen," Reifman fortalte Live Science.
Forskerne har allerede brugt deres teknologi til at udvikle et webbaseret værktøj og en smartphone-app, kaldet 2B ‐ Alert, som kan forudsige en persons opmærksomhed baseret på deres søvntid og koffeinforbrug. Webværktøjet giver et resultat for den "gennemsnitlige Joe", mens smartphone-appen lærer med tiden, hvordan en person reagerer på søvnmangel og koffein, sagde Reifman.
I øjeblikket fortæller den offentligt tilgængelige version af 2B-Alert ikke folk, hvornår og hvor meget koffein der skal tages for at opnå topydelse. Dette aspekt af arbejdet valideres stadig i undersøgelser af amerikanske soldater.
I sidste ende, selv om arbejdet er under udvikling for militæret, håber Reifman, at det også kan være til fordel for lægfolk, herunder skiftarbejdere, flyveledere og endda studerende, der stapper til en prøve. "Vi lider alle af søvnmangel" fra tid til anden, sagde Reifman.
Koffein og timing
Koffeins effektivitet afhænger ikke kun af, hvor meget du spiser, men når du spiser det - for en søvnberøvet person kan en enkelt kop kaffe om morgenen muligvis ikke forhindre døsighed senere på dagen.
Tidligere udviklede forskerne en matematisk model, kaldet den samlede model for ydeevne (UMP), som kunne forudsige virkningerne af søvntab og koffeinforbrug på en persons præstationer. Men denne model fortalte folk ikke nøjagtigt hvornår og hvor meget koffein de havde brug for at tage for at opnå deres højeste ydeevne.
For at løse dette problem kombinerede forskerne UMP med en "optimeringsalgoritme." Den nye algoritme brugte en persons søvnplan som input og leverede en "koffeindoseringsstrategi" (hvornår og hvor meget koffein der skal tages) som output.
Forskerne testede derefter deres algoritme ved hjælp af data fra tidligere undersøgelser af effektiviteten af koffein hos mennesker, der var søvnmangel. I disse tidligere undersøgelser blev folk frataget søvn i en vis mængde tid og fik specifikke doser koffein. Derefter målte forskerne, hvor godt koffeinet forbedrede deres ydeevne på en simpel opgave, der målte opmærksomhed og reaktionstid.
I den nye undersøgelse kørte forskerne computersimuleringer for at undersøge folks ydeevne ved hjælp af koffeindoseringsstrategier i de originale undersøgelser såvel som doseringsstrategier bestemt af den nye algoritme.
De fandt, at doseringsstrategierne fra den nye algoritme kunne forbedre folks ydeevne med 16 til 64 procent og reducere det samlede koffeinforbrug med 17 til 65 procent sammenlignet med de tidligere undersøgelser.
Hvordan var dette muligt? I en undersøgelse forbrugte deltagerne for eksempel 400 mg koffein på samme tid hver dag, i fem dage, i alt 2.000 mg. Men fordi deltagerne var søvnmangel - fik kun 5 timers søvn om natten - akkumulerede de gradvist en "søvngæld", der gjorde ondt i deres præstation, især senere på dagen. Så optimeringsalgoritmen bestemte, at deltagerne havde brug for mere koffein senere i ugen (især senere på dagen) - og mindre koffein i begyndelsen af ugen - for at optimere deres præstation.
Mens den aktuelle undersøgelse var retrospektiv (hvilket betyder, at den brugte tidligere data), planlægger forskerne en anden undersøgelse, der vil teste algoritmen i realtid. I denne fremtidige undersøgelse bliver soldater frataget søvn i en vis periode. Cirka halvvejs gennem denne periode vil algoritmen bestemme, hvor meget koffein hver solider har brug for, og på hvilket tidspunkt, så de opnår mindst et vist niveau af årvågenhed, sagde Reifman.
Reifman sagde, at optimeringsalgoritmen skulle være tilgængelig på 2B-Alert-platformen en gang inden årets udgang.
