Nhiều người lén lút rót một tách cà phê vào buổi sáng để tự thức dậy. Nhưng chính xác bạn nên tiêu thụ bao nhiêu caffeine - và khi nào bạn nên dùng nó - để đạt được sự tỉnh táo "cao điểm"?
Một thuật toán mới nhằm trả lời câu hỏi đó.
Thuật toán, được phát triển bởi các nhà nghiên cứu của Quân đội Hoa Kỳ, có tính đến lịch trình giấc ngủ của mọi người và xác định họ nên tiêu thụ bao nhiêu cafein và khi nào, để đạt được sự tỉnh táo tối ưu.
Các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng, bằng cách sử dụng thuật toán này, họ có thể cải thiện hiệu suất của mọi người trong một nhiệm vụ chú ý lên tới 64%, mặc dù mọi người đã tiêu thụ cùng một lượng caffeine như trước đây. (Thuật toán có thể đề xuất, ví dụ, một lượng caffeine cụ thể tại một thời điểm, và sau đó là một lượng khác sau đó trong ngày.) Nghiên cứu cũng cho thấy, bằng cách tuân theo lịch dùng thuốc của thuật toán, mọi người có thể giảm mức tiêu thụ caffeine của họ lên đến 65 phần trăm và vẫn đạt được mức hiệu suất tương tự.
"Chúng tôi đã phát triển các thuật toán phối hợp với nhau và về cơ bản chúng cho phép chúng tôi xác định, ở cấp độ cá nhân, khi nào và bao nhiêu thì cá nhân nên sử dụng caffeine để đạt được hiệu suất cao nhất vào thời gian mong muốn, trong thời gian mong muốn", tác giả nghiên cứu Jaques cho biết Reifman, giám đốc của Viện ứng dụng phần mềm tính toán hiệu suất cao công nghệ sinh học DoD tại Bộ chỉ huy nghiên cứu y tế và chỉ huy quân đội Hoa Kỳ tại Fort Detrick, Maryland.
Ví dụ, nếu bạn là một học sinh bị thiếu ngủ trong tuần trước trong khi nhồi nhét cho một kỳ thi sắp tới, thuật toán nhằm mục đích cho bạn biết khi nào nên uống caffeine "để bạn tỉnh táo nhất có thể trong kỳ thi", Reifman nói với Khoa học trực tiếp.
Các nhà nghiên cứu đã sử dụng công nghệ của họ để phát triển một công cụ dựa trên web và ứng dụng điện thoại thông minh, được gọi là 2B ‐ Alert, có thể dự đoán sự tỉnh táo của một người dựa trên thời gian ngủ và mức tiêu thụ caffeine của họ. Công cụ web cung cấp kết quả cho "Joe trung bình", trong khi ứng dụng điện thoại thông minh học theo thời gian cách một cá nhân phản ứng với tình trạng thiếu ngủ và caffeine, Reifman nói.
Hiện tại, phiên bản 2B-Alert có sẵn công khai không cho mọi người biết khi nào và bao nhiêu caffeine cần dùng để đạt được hiệu suất cao nhất. Khía cạnh này của công việc vẫn đang được xác nhận trong các nghiên cứu về lính Mỹ.
Cuối cùng, mặc dù công việc đang được phát triển cho quân đội, Reifman hy vọng nó cũng có thể mang lại lợi ích cho công chúng, bao gồm nhân viên làm việc theo ca, kiểm soát không lưu và thậm chí cả sinh viên nhồi nhét để thử nghiệm. "Tất cả chúng ta đều bị thiếu ngủ" theo thời gian, Reifman nói.
Caffeine và thời gian
Hiệu quả của caffeine không chỉ phụ thuộc vào lượng tiêu thụ của bạn, mà khi bạn tiêu thụ nó - đối với người thiếu ngủ, một tách cà phê vào buổi sáng có thể không ngăn được buồn ngủ vào cuối ngày.
Trước đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một mô hình toán học, được gọi là mô hình hiệu suất thống nhất (UMP), có thể dự đoán ảnh hưởng của mất ngủ và tiêu thụ caffeine lên hiệu suất của một người. Nhưng mô hình này đã không cho mọi người biết chính xác khi nào và bao nhiêu caffeine họ cần phải thực hiện để đạt được hiệu suất cao nhất của họ.
Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu đã kết hợp UMP với một "thuật toán tối ưu hóa". Thuật toán mới đã sử dụng lịch trình giấc ngủ của một người làm đầu vào và cung cấp "chiến lược định lượng caffeine" (khi nào và bao nhiêu caffeine sẽ sử dụng) làm đầu ra.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm thuật toán của họ bằng cách sử dụng dữ liệu từ các nghiên cứu trước đây về hiệu quả của caffeine đối với những người bị thiếu ngủ. Trong những nghiên cứu trước đó, mọi người bị thiếu ngủ trong một khoảng thời gian nhất định và được cung cấp liều lượng cụ thể của caffeine. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã đo lượng caffeine cải thiện hiệu suất của họ như thế nào trong một nhiệm vụ đơn giản là đo sự chú ý và thời gian phản ứng.
Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã chạy mô phỏng máy tính để kiểm tra hiệu suất của mọi người bằng cách sử dụng chiến lược định lượng caffeine trong các nghiên cứu ban đầu, cũng như các chiến lược dùng thuốc được xác định bởi thuật toán mới.
Họ phát hiện ra rằng các chiến lược dùng thuốc từ thuật toán mới có thể cải thiện hiệu suất của mọi người từ 16 đến 64% và giảm tổng lượng tiêu thụ caffeine từ 17 đến 65%, so với các nghiên cứu trước đó.
Làm thế nào điều này có thể? Ví dụ, trong một nghiên cứu, những người tham gia đã tiêu thụ 400 miligam caffeine cùng một lúc mỗi ngày, trong năm ngày, với tổng số 2.000 mg. Nhưng bởi vì những người tham gia bị thiếu ngủ - chỉ ngủ 5 tiếng mỗi đêm - họ dần dần tích lũy một "món nợ ngủ" làm tổn hại đến hiệu suất của họ, đặc biệt là vào cuối ngày. Vì vậy, thuật toán tối ưu hóa đã xác định rằng những người tham gia cần nhiều caffeine hơn vào cuối tuần (đặc biệt là vào cuối ngày) - và ít caffeine hơn vào đầu tuần - để tối ưu hóa hiệu suất của họ.
Trong khi nghiên cứu hiện tại là hồi cứu (có nghĩa là nó đã sử dụng dữ liệu trước đó), các nhà nghiên cứu đang lên kế hoạch cho một nghiên cứu khác sẽ kiểm tra thuật toán trong thời gian thực. Trong nghiên cứu trong tương lai này, những người lính sẽ bị thiếu ngủ trong một khoảng thời gian nhất định. Khoảng nửa thời gian này, thuật toán sẽ xác định lượng caffein mà mỗi người cần, và vào thời gian nào, để họ đạt được ít nhất một mức độ cảnh giác nhất định, Reifman nói.
Reifman cho biết thuật toán tối ưu hóa sẽ có sẵn trên nền tảng 2B-Alert vào khoảng thời gian trước khi kết thúc năm.
