در این مطالعه، ۴۰ داوطلب سالم دو بار در آزمایشگاه به خواب رفتند: یک بار پس از مصرف کافئین و بار دیگر پس از مصرف دارونما. داده‌های ثبت‌شده توسط EEG و هوش مصنوعی نشان داد که کافئین حالت «بحرانی» مغز را تقویت می‌کند؛ حالتی که بین نظم و هرج‌ومرج قرار دارد و مغز را در حالت هوشیاری و پردازش فعال اطلاعات نگه می‌دارد. اما این وضعیت در شب مانع از خاموش شدن کامل مغز و بازیابی مناسب آن می‌شود.

این اثر به‌ویژه در جوانان ۲۰ تا ۲۷ سال به‌وضوح مشاهده شد. در این گروه کاهش امواج آهسته (آلفا و تتا) که مرتبط با خواب عمیق و ترمیمی هستند، و افزایش امواج سریع بتا که مختص بیداری است، دیده شد. به نظر می‌رسد این موضوع به حساسیت بالاتر به کافئین در جوانان مربوط باشد، زیرا در این سن مغز گیرنده‌های آدنوزینی بیشتری دارد که کافئین آن‌ها را مسدود می‌کند و تأثیر بیشتری می‌گذارد.

با افزایش سن، این گیرنده‌ها کاهش می‌یابند و تأثیر کافئین کمتر می‌شود. در افراد ۴۱ تا ۵۸ سال، تأثیر کافئین بر خواب خفیف‌تر بود. بااین‌حال، محققان تأکید می‌کنند که حتی در بزرگسالان، مصرف قهوه در ساعات شب می‌تواند بهبودی کامل مغز را مختل کند.

پیش‌تر نیز تحقیقات نشان داده بود که حتی قهوه بدون کافئین می‌تواند سطح هوشیاری و تمرکز را افزایش دهد. این تأثیر بیشتر ناشی از انتظار ذهنی است؛ زیرا مغز به تصور وجود کافئین واکنش نشان می‌دهد.