Mnoho lidí s oblibou ráno nalije šálek kávy, aby se probudili. Ale kolik kofeinu byste měli konzumovat - a kdy byste ho měli vzít - k dosažení „maximální“ bdělosti?
Cílem nového algoritmu je odpovědět na tuto otázku.
Algoritmus, vyvinutý vědci americké armády, bere v úvahu plány spánku lidí a určuje, kolik kofeinu by měli spotřebovat a kdy, aby bylo dosaženo optimální bdělosti.
Vědci zjistili, že pomocí tohoto algoritmu by mohli zlepšit výkon lidí v úkolu pozornosti až o 64 procent, i když lidé konzumovali stejné celkové množství kofeinu jako předtím. (Algoritmus může doporučit například určité množství kofeinu najednou a poté jiné množství později v průběhu dne.) Studie také zjistila, že podle harmonogramu dávkování algoritmu mohou lidé snížit spotřebu kofeinu až nahoru na 65 procent a stále dosahují stejné úrovně výkonu.
"Vyvinuli jsme algoritmy, které spolupracují a v podstatě nám umožňují určit, na individuální úrovni, kdy a kolik by měl jednotlivec užívat kofein, aby dosáhl špičkového výkonu v požadovaném čase, v požadované době," uvedl hlavní autor studie Jaques Reifman, ředitel DoD Biotechnology High Performance Computing Software Applications Institute na americkém armádním lékařském výzkumu a velení materiálu ve Fort Detrick, Maryland.
Například, pokud jste student, který byl minulý týden bez spánku, zatímco se snaží o nadcházející zkoušku, algoritmus si klade za cíl říct, kdy máte vzít kofein, takže během zkoušky jste co nejpříjemnější, „Reifman řekl Live Science.
Vědci již použili svou technologii k vývoji webového nástroje a aplikace pro chytré telefony, nazvané 2B − Alert, které mohou předvídat bdělost osoby na základě její doby spánku a spotřeby kofeinu. Webový nástroj poskytuje výsledek pro „průměrného Joea“, zatímco aplikace pro chytré telefony se v průběhu času učí, jak jednotlivec reaguje na deprivaci spánku a kofein, uvedl Reifman.
V současné době veřejně dostupná verze 2B-Alert neříká lidem, kdy a kolik kofeinu vzít, aby dosáhli špičkového výkonu. Tento aspekt práce je stále ověřován ve studiích o amerických vojácích.
Nakonec, i když se práce vyvíjí pro armádu, Reifman doufá, že z ní bude mít prospěch i laická veřejnost, včetně pracovníků na směny, dispečerů letového provozu a dokonce i studentů, kteří se zkoušejí. „Všichni trpíme nedostatkem spánku“, řekl Reifman.
Kofein a načasování
Účinnost kofeinu nezávisí pouze na tom, kolik spotřebováváte, ale když ho konzumujete - pro osobu bez spánku nemusí jedna šálka kávy ráno bránit ospalosti později během dne.
Dříve vědci vyvinuli matematický model nazvaný unifikovaný model výkonu (UMP), který by mohl předpovídat účinky ztráty spánku a konzumace kofeinu na výkon člověka. Tento model však lidem neřekl přesně, kdy a kolik kofeinu potřebují, aby dosáhli svého maximálního výkonu.
K vyřešení tohoto problému vědci kombinovali UMP s „optimalizačním algoritmem“. Nový algoritmus použil jako vstupní harmonogram spánku člověka a jako výstup poskytl „strategii dávkování kofeinu“ (kdy a kolik kofeinu vzít).
Vědci pak testovali jejich algoritmus s použitím dat z předchozích studií o účinnosti kofeinu u lidí bez spánku. V těchto dřívějších studiích byli lidé po určitou dobu zbaveni spánku a dostali specifické dávky kofeinu. Poté vědci změřili, jak dobře kofein zlepšil svůj výkon při jednoduchém úkolu, který měřil pozornost a reakční dobu.
V nové studii provedli vědci počítačové simulace, které zkoumaly výkonnost lidí pomocí dávkovacích strategií kofeinu v původních studiích, jakož i dávkovacích strategií určených novým algoritmem.
Zjistili, že strategie dávkování podle nového algoritmu mohou ve srovnání s předchozími studiemi zlepšit výkon lidí o 16 až 64 procent a snížit celkovou spotřebu kofeinu o 17 až 65 procent.
Jak to bylo možné? Například v jedné studii účastníci konzumovali 400 miligramů kofeinu ve stejnou dobu každý den, po dobu pěti dnů, celkem 2 000 mg. Ale protože byli účastníci bez spánku - dostávali jen 5 hodin spánku za noc - postupně hromadili „spící dluh“, který poškozoval jejich výkon, zejména později během dne. Optimalizační algoritmus tak určil, že účastníci potřebovali více kofeinu později v týdnu (zejména později v den) - a méně kofeinu na začátku týdne - aby optimalizovali svůj výkon.
Zatímco současná studie byla retrospektivní (což znamená, že použila předchozí data), vědci plánují další studii, která otestuje algoritmus v reálném čase. V této budoucí studii budou vojáci po určitou dobu zbaveni spánku. Asi v polovině tohoto období algoritmus určí, kolik kofeinu každý solider potřebuje, a v kolik hodin, aby dosáhli alespoň určité úrovně bdělosti, řekl Reifman.
Reifman uvedl, že optimalizační algoritmus by měl být k dispozici na platformě 2B-Alert někdy před koncem roku.
