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Kognition: Nachdenken hat seinen Preis

22.8.2022

Geistige Anstrengung verändert den Hirnstoffwechsel, zeigt eine neue Studie. Im Nervengewebe sammelt sich dabei ein Botenstoff an, der potenziell giftig ist.

Wer körperlich hart arbeitet, fühlt sich anschliessend müde und erschöpft. Anspruchsvolle geistige Tätigkeiten haben den gleichen Effekt – obwohl sie meist sitzend und ohne nennenswerten Muskeleinsatz erfolgen. Warum? Antworten hat jetzt ein Forschungsteam um Antonius Wiehler vom Paris Brain Institute gefunden. Intensives Denken bewirkt demnach, dass sich im Gehirn ein Stoff anhäuft, der den Nervenstoffwechsel stören kann und in hohen Konzentrationen giftig ist. Die Gruppe berichtet darüber in der Fachzeitschrift «Current Biology».

Wiehler und sein Team liessen 40 Versuchsteilnehmer am Bildschirm arbeiten. Die Personen bekamen Buchstaben im Sekundentakt gezeigt, die sie nach verschiedenen Merkmalen einzuordnen hatten – etwa nach Farbe oder danach, ob es sich um Vokale oder Konsonanten handelte. Mitunter sollten sie in Gedächtnistests angeben, ob der dargestellte Buchstabe kurz vorher schon einmal zu sehen gewesen war. 24 Teilnehmer hatten schwere Versionen dieser Aufgaben zu bewältigen, die übrigen 16 durften sich über leichte freuen. Um sich bis zur Ermüdung zu verausgaben, absolvierten die Versuchspersonen mehrere tausend Tests täglich. Damit waren sie rund sechseinhalb Stunden lang beschäftigt, was einem anstrengenden Bürojob gleichkommt.

Je länger die Teilnehmer am Bildschirm gesessen hatten, desto abgekämpfter fühlten sie sich und umso mehr Fehler unterliefen ihnen. Am Ende eines Versuchstags waren die meisten nach eigener Aussage sehr erschöpft. Und das unabhängig davon, ob sie schwere oder leichte Aufgaben gelöst hatten.

Schnelles Geld, langsames Geld

Hin und wieder liess das Forschungsteam die Probanden zwischen zwei Geldbeträgen wählen: einer kleinen Summe, die mit wenig Mühe oder nach kurzer Wartezeit zu bekommen war, und einem grösseren Betrag, der mehr Anstrengung respektive längeres Warten erforderte. Damit prüften die Wissenschaftler, wie viel Disziplin die Teilnehmer aufbrachten. Jene, die sich mit schweren Aufgaben mühten, also geistig härter arbeiteten, stimmten deutlich öfter für die kleine, einfacher zu erhaltende Belohnung. Ein Zeichen für Ermüdung und nachlassende Selbstüberwindung.

Während sie die Tests machten, liessen sich die Probanden von Zeit zu Zeit per Magnetresonanzspektroskopie (MRS) untersuchen. Dieses Verfahren erlaubt es, die Konzentration ausgewählter Molekülsorten im Nervensystem zu messen. Bei geistig intensiv tätigen Teilnehmern, so das Ergebnis, sammelte sich die Substanz Glutamat in der vorderen Grosshirnrinde an. Die dort befindlichen Hirnareale wirken daran mit, Gefühle zu regulieren, und sie sind bedeutsam für die Selbstkontrolle sowie für die Handlungsplanung und -steuerung.

Glutamat gehört zu den wichtigsten erregenden Botenstoffen im Gehirn. Zudem ist es an der Entgiftung von Ammoniak beteiligt, dient als Vorläufer für weitere Botenstoffe und wirkt in höheren Konzentrationen toxisch. Deshalb muss der Organismus den Glutamathaushalt im Gehirn präzise regulieren. In zu hoher Menge stört die Substanz den Zellstoffwechsel, beeinträchtigt die neuronale Informationsübertragung und führt im Extremfall zu Vergiftungserscheinungen.

Das Team um Wiehler vermutet: Die Anhäufung von Glutamat in der vorderen Grosshirnrinde, während das Denkorgan auf Hochtouren läuft, lenke den Hirnstoffwechsel aus und mache es immer schwerer, die Nervenzellen dort zu aktivieren. Das gehe mit Ermüdungs- und Erschöpfungssymptomen einher und schränke die Selbstkontrolle ein.

Lässt sich dieser Effekt verhindern? «Nicht wirklich, fürchte ich», sagt der Hirnforscher Mathias Pessiglione, ein Kollege Wiehlers. Er empfiehlt Ruhe und Schlaf, um die geistige Leistungsfähigkeit zu erneuern. «Es gibt überzeugende Belege, wonach das angesammelte Glutamat während des Schlafs wieder abgebaut wird.»

Fritjof Helmchen vom Institut für Hirnforschung der Universität Zürich, der an den Arbeiten nicht beteiligt war, hält die Studie für überzeugend: «Dass der Glutamathaushalt im Gehirn wichtig ist und mit Erschöpfung zu tun hat, vermutet man schon länger; die Untersuchungen von Wiehler und seiner Gruppe belegen das jetzt.» Der Botenstoff spiele eine zentrale Rolle in der Hirnaktivität und im Nervenstoffwechsel; seine Konzentration müsse daher immer fein austariert bleiben. Es sei zwar nicht klar, ob ein erhöhter Glutamatgehalt ursächlich zu einer schwindenden Nervenaktivität in der vorderen Grosshirnrinde führt. Die Studie zeige aber, dass beides miteinander zusammenhänge. «Wie sich das System wieder regeneriert, ist eine spannende Frage», sagt Helmchen, «insbesondere, ob Schlaf die Funktion hat, die Balance im Gehirn wiederherzustellen.»

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