Viele Leute gießen morgens benommen eine Tasse Kaffee ein, um sich zu wecken. Aber genau wie viel Koffein sollten Sie konsumieren - und wann sollten Sie es einnehmen -, um "höchste" Wachsamkeit zu erreichen?
Ein neuer Algorithmus soll diese Frage beantworten.
Der von Forschern der US-Armee entwickelte Algorithmus berücksichtigt die Schlafpläne der Menschen und ermittelt, wie viel Koffein sie wann konsumieren sollten, um eine optimale Wachsamkeit zu erreichen.
Die Forscher fanden heraus, dass sie mit diesem Algorithmus die Leistung der Menschen bei einer Aufmerksamkeitsaufgabe um bis zu 64 Prozent verbessern können, obwohl die Menschen dieselbe Gesamtmenge an Koffein konsumieren wie zuvor. (Der Algorithmus kann beispielsweise eine bestimmte Menge Koffein auf einmal und später am Tag eine andere Menge empfehlen.) Die Studie ergab auch, dass Menschen durch Befolgen des Dosierungsplans des Algorithmus ihren Koffeinverbrauch um bis zu mehr senken können auf 65 Prozent und erreichen immer noch das gleiche Leistungsniveau.
"Wir haben Algorithmen entwickelt, die zusammenarbeiten und es uns im Wesentlichen ermöglichen, auf individueller Ebene zu bestimmen, wann und wie viel das Individuum Koffein einnehmen sollte, um zum gewünschten Zeitpunkt und für die gewünschte Dauer Spitzenleistungen zu erzielen", sagte der leitende Autor der Studie, Jaques Reifman, Direktor des DoD Biotechnology High Performance Computing Software-Anwendungsinstituts bei der US Army Medical Research und Materiel Command in Fort Detrick, Maryland.
Wenn Sie beispielsweise ein Student sind, dem in der letzten Woche der Schlaf entzogen wurde, während Sie sich auf eine bevorstehende Prüfung einlassen, soll der Algorithmus Ihnen mitteilen, wann Sie Koffein einnehmen müssen, "damit Sie während der Prüfung so aufmerksam wie möglich sind", sagte Reifman erzählte Live Science.
Die Forscher haben ihre Technologie bereits genutzt, um ein webbasiertes Tool und eine Smartphone-App namens 2B-Alert zu entwickeln, mit denen die Wachsamkeit einer Person anhand ihrer Schlafzeit und ihres Koffeinkonsums vorhergesagt werden kann. Das Web-Tool liefert ein Ergebnis für den "durchschnittlichen Joe", während die Smartphone-App im Laufe der Zeit erfährt, wie eine Person auf Schlafentzug und Koffein reagiert, sagte Reifman.
Derzeit sagt die öffentlich verfügbare Version von 2B-Alert den Leuten nicht, wann und wie viel Koffein sie einnehmen müssen, um Spitzenleistungen zu erzielen. Dieser Aspekt der Arbeit wird noch in Studien an US-Soldaten validiert.
Obwohl die Arbeit für das Militär entwickelt wird, hofft Reifman letztendlich, dass sie auch der Laienöffentlichkeit zugute kommen kann, einschließlich Schichtarbeitern, Fluglotsen und sogar Studenten, die sich für einen Test drängen. "Wir alle leiden unter Schlafentzug", sagte Reifman von Zeit zu Zeit.
Koffein und Timing
Die Wirksamkeit von Koffein hängt nicht nur davon ab, wie viel Sie konsumieren, sondern auch davon, wann Sie es konsumieren. Für eine Person mit Schlafmangel kann eine einzelne Tasse Kaffee am Morgen die Schläfrigkeit später am Tag nicht verhindern.
Zuvor entwickelten die Forscher ein mathematisches Modell, das als Unified Model of Performance (UMP) bezeichnet wird und die Auswirkungen von Schlafverlust und Koffeinkonsum auf die Leistung einer Person vorhersagen kann. Dieses Modell sagte den Menschen jedoch nicht genau, wann und wie viel Koffein sie benötigen, um ihre Höchstleistung zu erzielen.
Um dieses Problem anzugehen, kombinierten die Forscher das UMP mit einem "Optimierungsalgorithmus". Der neue Algorithmus verwendete den Schlafplan einer Person als Eingabe und lieferte eine "Koffein-Dosierungsstrategie" (wann und wie viel Koffein zu nehmen ist) als Ausgabe.
Anschließend testeten die Forscher ihren Algorithmus anhand von Daten aus früheren Studien zur Wirksamkeit von Koffein bei Menschen mit Schlafentzug. In diesen früheren Studien wurde den Menschen für bestimmte Zeit der Schlaf entzogen und ihnen wurden bestimmte Dosen Koffein verabreicht. Anschließend haben die Forscher gemessen, wie gut das Koffein ihre Leistung bei einer einfachen Aufgabe verbessert hat, bei der Aufmerksamkeit und Reaktionszeit gemessen wurden.
In der neuen Studie führten die Forscher Computersimulationen durch, um die Leistung der Menschen anhand der Koffein-Dosierungsstrategien in den ursprünglichen Studien sowie der durch den neuen Algorithmus bestimmten Dosierungsstrategien zu untersuchen.
Sie fanden heraus, dass die Dosierungsstrategien des neuen Algorithmus die Leistung der Menschen um 16 bis 64 Prozent verbessern und den Gesamtkoffeinverbrauch im Vergleich zu früheren Studien um 17 bis 65 Prozent senken könnten.
Wie war das möglich? In einer Studie konsumierten die Teilnehmer beispielsweise fünf Tage lang gleichzeitig 400 Milligramm Koffein für insgesamt 2.000 mg. Aber weil den Teilnehmern der Schlaf entzogen war - sie bekamen nur 5 Stunden Schlaf pro Nacht -, akkumulierten sie allmählich eine "Schlafschuld", die ihre Leistung beeinträchtigte, insbesondere später am Tag. Der Optimierungsalgorithmus stellte daher fest, dass die Teilnehmer später in der Woche (insbesondere später am Tag) mehr Koffein und zu Beginn der Woche weniger Koffein benötigten, um ihre Leistung zu optimieren.
Während die aktuelle Studie retrospektiv war (dh frühere Daten verwendet wurden), planen die Forscher eine weitere Studie, in der der Algorithmus in Echtzeit getestet wird. In dieser zukünftigen Studie wird Soldaten für eine bestimmte Zeit der Schlaf entzogen. Etwa in der Mitte dieses Zeitraums wird der Algorithmus bestimmen, wie viel Koffein jeder Soldat zu welchem Zeitpunkt benötigt, damit er mindestens ein bestimmtes Maß an Wachsamkeit erreicht, sagte Reifman.
Reifman sagte, der Optimierungsalgorithmus sollte noch vor Jahresende auf der 2B-Alert-Plattform verfügbar sein.
