多くの人は朝起きて目を覚ますためにコーヒーを一杯注ぐ。しかし、「ピーク」の覚醒を達成するには、正確にどのくらいの量のカフェインを摂取する必要があり、いつ摂取する必要があるのでしょうか。
新しいアルゴリズムは、その質問に答えることを目的としています。
米陸軍の研究者によって開発されたアルゴリズムは、人々の睡眠スケジュールを考慮に入れ、最適な覚醒状態を達成するために彼らが消費する必要があるカフェインの量と時期を特定します。
研究者たちは、このアルゴリズムを使用することで、以前と同じ量のカフェインを消費していたとしても、注意タスクのパフォーマンスを最大64％改善できることを発見しました。 （アルゴリズムは、たとえば、特定の量のカフェインを一度に推奨し、その後は別の量を推奨する場合があります。）研究はまた、アルゴリズムの投与スケジュールに従うことにより、人々はカフェイン消費を65％に達しても、同じレベルのパフォーマンスを達成します。
「私たちは連携して動作するアルゴリズムを開発しました。これらのアルゴリズムにより、個人レベルで、個人がいつ、どのくらいカフェインを摂取して、希望の時間に、希望の期間、ピークのパフォーマンスを達成する必要があるかを決定できます」メリーランド州フォートデトリックにある米陸軍医学研究および国防軍司令部のDoDバイオテクノロジー高性能コンピューティングソフトウェアアプリケーション研究所のディレクター、レイフマン。
たとえば、あなたが次の試験のために詰め込んでいる間に先週睡眠不足になっている学生である場合、アルゴリズムはカフェインをいつ服用するかを教えることを目的としています。ライブサイエンスに語った。
研究者たちはすでに彼らの技術を使用して、2B-Alertと呼ばれるWebベースのツールとスマートフォンアプリを開発しており、睡眠時間とカフェイン消費に基づいて人の覚醒状態を予測できます。ライフマン氏によると、ウェブツールは「平均的なジョー」の結果を提供し、スマートフォンアプリは、時間の経過とともに、睡眠不足とカフェインに対する個人の反応を学習します。
現在、2B-Alertの一般公開バージョンでは、最高のパフォーマンスを達成するためにいつどのくらいの量のカフェインを摂取する必要があるのかがわかりません。仕事のこの側面は、米軍兵士に関する研究でまだ検証されています。
結局のところ、この作業は軍隊向けに開発されていますが、シフトワーカー、航空管制官、さらにテストのために詰め込んだ学生など、一般の人々にも役立つことを期待しています。 「私たちは皆、睡眠不足に苦しんでいます」とReifmanは言いました。
カフェインとタイミング
カフェインの有効性は、摂取量だけでなく、摂取したときにも、睡眠不足の人にとっては、朝の1杯のコーヒーで、翌日の眠気を防ぐことはできません。
以前は、研究者は、パフォーマンスの統合モデル（UMP）と呼ばれる数学モデルを開発しました。これは、人のパフォーマンスに対する睡眠損失とカフェイン消費の影響を予測することができます。しかし、このモデルは、最高のパフォーマンスを達成するために必要なカフェインをいつ、どのくらい摂取する必要があるかを正確に伝えていませんでした。
この問題に取り組むために、研究者たちはUMPを「最適化アルゴリズム」と組み合わせました。新しいアルゴリズムは、人の睡眠スケジュールを入力として使用し、出力として「カフェイン投与戦略」（いつどのくらいの量のカフェインを摂取するか）を提供しました。
その後、研究者らは、睡眠不足の人々に対するカフェインの有効性に関する以前の研究のデータを使用して、アルゴリズムをテストしました。これらの以前の研究では、人々は一定の時間睡眠を奪われ、特定の用量のカフェインを与えられました。次に、注意力と反応時間を測定する簡単なタスクで、カフェインがパフォーマンスをどの程度改善したかを測定しました。
新しい研究では、研究者はコンピュータシミュレーションを実行して、元の研究のカフェイン投与戦略と新しいアルゴリズムによって決定された投与戦略を使用して、人々のパフォーマンスを調べました。
彼らは、以前の研究と比較して、新しいアルゴリズムの投与戦略が人々のパフォーマンスを16から64パーセント改善し、総カフェイン消費を17から65パーセント削減できることを発見しました。
これはどのようにして可能でしたか？たとえば、ある研究では、参加者は毎日同じ時刻に400ミリグラムのカフェインを5日間、合計2,000 mg消費しました。しかし、参加者は睡眠不足で、1晩に5時間しか睡眠を得られなかったため、特にその日の後半に、パフォーマンスに悪影響を与える「睡眠不足」が徐々に蓄積されました。そのため、最適化アルゴリズムは、参加者がパフォーマンスを最適化するために、週の後半（特にその日の後半）にカフェインを増やし、週の初めにカフェインを減らす必要があると判断しました。
現在の研究は遡及的（以前のデータを使用したことを意味する）でしたが、研究者はアルゴリズムをリアルタイムでテストする別の研究を計画しています。この将来の研究では、兵士は一定時間睡眠を奪われます。この期間の約半分で、アルゴリズムは各兵士が必要とするカフェインの量と時間を決定し、少なくとも特定のレベルの警戒心を達成するようになると、ライフマン氏は述べた。
Reifman氏は、最適化アルゴリズムは2B-Alertプラットフォームで年末までに利用可能になるはずだと語った。
