Molte persone versano bruscamente una tazza di caffè al mattino per svegliarsi. Ma esattamente quanta caffeina dovresti consumare - e quando dovresti prenderla - per raggiungere la massima prontezza?
Un nuovo algoritmo mira a rispondere a questa domanda.
L'algoritmo, sviluppato dai ricercatori dell'esercito degli Stati Uniti, tiene conto dei programmi di sonno delle persone e identifica la quantità di caffeina che dovrebbero consumare e quando, al fine di ottenere la massima vigilanza.
I ricercatori hanno scoperto che, utilizzando questo algoritmo, potevano migliorare le prestazioni delle persone su un compito di attenzione fino al 64 percento, anche se le persone consumavano la stessa quantità totale di caffeina di prima. (L'algoritmo può raccomandare, ad esempio, una quantità specifica di caffeina alla volta e poi una quantità diversa più avanti nel corso della giornata.) Lo studio ha anche scoperto che, seguendo il programma di dosaggio dell'algoritmo, le persone potrebbero ridurre il consumo di caffeina di al 65 percento e raggiungere comunque lo stesso livello di prestazioni.
"Abbiamo sviluppato algoritmi che lavorano insieme e ci consentono essenzialmente di determinare, a livello individuale, quando e quanto l'individuo dovrebbe assumere caffeina per raggiungere le massime prestazioni al momento desiderato, per la durata desiderata", ha detto l'autore senior dello studio Jaques Reifman, direttore del DoD Biotechnology High Performance Computing Software Applications Institute presso l'US Army Medical Research e Materiel Command a Fort Detrick, Maryland.
Ad esempio, se sei uno studente che è stato privato del sonno per l'ultima settimana durante un esame imminente, l'algoritmo ha lo scopo di dirti quando prendere la caffeina "in modo da essere il più vigile possibile durante l'esame", Reifman ha detto Live Science.
I ricercatori hanno già utilizzato la loro tecnologia per sviluppare uno strumento basato sul Web e un'app per smartphone, chiamata 2B ‐ Alert, in grado di prevedere la vigilanza di una persona in base al tempo di sonno e al consumo di caffeina. Lo strumento web fornisce un risultato per il "Joe medio", mentre l'app per smartphone apprende nel tempo come un individuo risponde alla privazione del sonno e alla caffeina, afferma Reifman.
Attualmente, la versione pubblicamente disponibile di 2B-Alert non dice alle persone quando e quanta caffeina assumere per raggiungere le massime prestazioni. Questo aspetto del lavoro è ancora in fase di validazione negli studi sui soldati statunitensi.
Alla fine, anche se il lavoro è in fase di sviluppo per i militari, Reifman spera che possa anche essere di beneficio al pubblico laico, compresi i lavoratori a turni, i controllori del traffico aereo e persino gli studenti che si affrettano per un test. "Di tanto in tanto soffriamo tutti della privazione del sonno", ha detto Reifman.
Caffeina e tempismo
L'efficacia della caffeina dipende non solo da quanto si consuma, ma quando la si consuma - per una persona con problemi di sonno, una singola tazza di caffè al mattino potrebbe non prevenire la sonnolenza nel corso della giornata.
In precedenza, i ricercatori avevano sviluppato un modello matematico, chiamato modello unificato di prestazione (UMP), che poteva prevedere gli effetti della perdita del sonno e del consumo di caffeina sulle prestazioni di una persona. Ma questo modello non diceva esattamente alle persone quando e quanta caffeina dovevano prendere per raggiungere le massime prestazioni.
Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno combinato l'UMP con un "algoritmo di ottimizzazione". Il nuovo algoritmo utilizzava il programma del sonno di una persona come input e forniva una "strategia di dosaggio della caffeina" (quando e quanta caffeina assumere) come output.
I ricercatori hanno quindi testato il loro algoritmo utilizzando i dati di studi precedenti sull'efficacia della caffeina nelle persone che erano state private del sonno. In questi studi precedenti, le persone sono state private del sonno per un certo periodo di tempo e hanno ricevuto dosi specifiche di caffeina. Quindi, i ricercatori hanno misurato il modo in cui la caffeina ha migliorato le loro prestazioni su un semplice compito che ha misurato attenzione e tempi di reazione.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno eseguito simulazioni al computer per esaminare le prestazioni delle persone utilizzando le strategie di dosaggio della caffeina negli studi originali, nonché le strategie di dosaggio determinate dal nuovo algoritmo.
Hanno scoperto che le strategie di dosaggio del nuovo algoritmo potrebbero migliorare le prestazioni delle persone dal 16 al 64 percento e ridurre il consumo totale di caffeina dal 17 al 65 percento, rispetto agli studi precedenti.
Com'è stato possibile? Ad esempio, in uno studio, i partecipanti hanno consumato 400 milligrammi di caffeina ogni giorno alla stessa ora, per cinque giorni, per un totale di 2.000 mg. Ma poiché i partecipanti sono stati privati del sonno - dormendo solo 5 ore a notte - hanno gradualmente accumulato un "debito del sonno" che ha danneggiato le loro prestazioni, in particolare nel corso della giornata. Quindi l'algoritmo di ottimizzazione ha determinato che i partecipanti avevano bisogno di più caffeina più avanti nella settimana (in particolare più tardi nel corso della giornata) - e meno caffeina all'inizio della settimana - per ottimizzare le loro prestazioni.
Mentre lo studio attuale era retrospettivo (nel senso che utilizzava dati precedenti), i ricercatori stanno pianificando un altro studio che testerà l'algoritmo in tempo reale. In questo studio futuro, i soldati saranno privati del sonno per un certo periodo di tempo. Circa a metà di questo periodo, l'algoritmo determinerà la quantità di caffeina necessaria a ciascun soldato e in quale momento, in modo da raggiungere almeno un certo livello di attenzione, ha affermato Reifman.
Reifman ha affermato che l'algoritmo di ottimizzazione dovrebbe essere disponibile sulla piattaforma 2B-Alert prima della fine dell'anno.
