Ob bei einer Latein-Klausur in der Schule, einem herausfordernden Rätsel oder einer kognitiv schwierigen Aufgabe im Job: Geistige Anstrengung hat ihren Preis. Anfangs sind wir noch hochkonzentriert, doch nach und nach ermüden wir. „Die anhaltende Beschäftigung mit anspruchsvollen kognitiven Kontrollprozessen beeinträchtigt nicht nur die Leistungsfähigkeit, sondern mindert auch die Motivation, weiterhin Anstrengungen zu unternehmen – selbst wenn dies von Vorteil wäre“, erklärt ein Team um Hongmei Xia von der Ludwig-Maximilians-Universität München.
Aber wie kommt es zu diesen Ermüdungserscheinungen? Frühere, inzwischen verworfene Theorien gingen davon aus, dass das Gehirn seine Energiereserven mit der Zeit aufbraucht und deshalb Erholung braucht. Psychologische Ansätze dagegen schlagen vor, die Erschöpfung könnte dafür sorgen, dass wir den Aufwand der Anstrengung immer wieder gegen den Nutzen abwägen und uns gegebenenfalls lohnenderen Aktivitäten zuwenden. Ein neurobiologischer Erklärungsansatz dagegen besagt, dass sich mit der Zeit Stoffwechselprodukte wie Glutamat im Gehirn anreichern und die kognitive Kontrolle mit der Zeit zunehmend erschweren.
Gedächtnisaufgaben mit Hirnstimulation
Diese neurobiologische Erklärung haben Xia und ihr Team nun experimentell überprüft. Für ihre Studie ließen sie 31 Testpersonen mehr oder weniger herausfordernde Gedächtnisaufgaben lösen, während sie mit Magnetresonanzspektroskopie die Stoffwechselprozesse im Gehirn der Freiwilligen sichtbar machten. Nach einigen Durchläufen durften die Teilnehmenden selbst wählen, ob sie als nächstes eine schwierige Aufgabe mit hoher Belohnung oder eine einfache Aufgabe mit niedriger Belohnung durchführen wollten.
Der Clou: Bei einigen Sitzungen nutzten die Forschenden nichtinvasive Hirnstimulation, um den dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) der Testpersonen verstärkt zu aktivieren. Diese Hirnregion spielt eine zentrale Rolle für das Arbeitsgedächtnis, die Aufmerksamkeit und die kognitive Kontrolle. Bei den anderen Sitzungen erhielten die Teilnehmenden nur eine wirkungslose Scheinstimulation. Dieses Versuchsdesign ermöglichte den Forschenden, etwaige Unterschiede direkt auf die Aktivität im präfrontalen Kortex zurückzuführen.
Mehr Glutamat, weniger Motivation
Das Ergebnis: „Wir stellten fest, dass die Stimulation des DLPFC während geistiger Anstrengung die geistige Leistungsfähigkeit verbesserte, allerdings auf Kosten einer erhöhten motivationalen Ermüdung nach der Anstrengung“, berichten Xia und ihre Kollegen. Die entsprechend stimulierten Testpersonen entschieden sich deutlich seltener für die Aufgaben mit höherem geistigen Aufwand und höherer Belohnung. „Das deutet auf eine kausale Rolle der DLPFC-Aktivierung bei der Auslösung von Ermüdung hin.“
Die Hirnscans enthüllten, was auf neuronaler Ebene dabei vor sich ging: Im Einklang mit früheren Theorien sorgte verstärkte Aktivierung des DLPFC dafür, dass sich die Glutamatkonzentration in dieser Hirnregion erhöhte. Je höher der Glutamatspiegel war, desto wahrscheinlicher wählten die Probanden anschließend die geistig weniger anstrengende Aufgabe.
„Diese Ergebnisse etablieren eine Kausalkette, die die Aktivierung des präfrontalen Kortex, die Glutamatdynamik und die motivationale Ermüdung miteinander verknüpft“, fassen die Forschenden zusammen. „Damit vertiefen wir unser mechanistisches Verständnis dafür, warum geistige Arbeit als anstrengend empfunden wird, und liefern Erkenntnisse für klinische Modelle pathologischer Ermüdung.“
Quelle: Hongmei Xia (Ludwig-Maximilians-Universität München) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2534136123
