Warum Denken müde macht

Geistige Erschöpfung ist offenbar mehr als eine Frage der Willenskraft. Forschende um Alexander Soutschek zeigen, dass die Aktivität des präfrontalen Kortex und Veränderungen im Glutamat-Stoffwechsel dabei eine Rolle spielen könnten

Eine neue Studie im Journal PNAS spricht dafür, dass geistige Ermüdung nicht allein durch psychologische Faktoren wie die persönliche Motivation erklärt werden kann, sondern auch biologische Prozesse im Gehirn eine Rolle spielen. Glutamat könnte nämlich an der Entstehung von geistiger Ermüdung beteiligt sein. Alexander Soutschek vom Universitätsklinikum Würzburg (UKW) liefert mit seinem Team an der Ludwigs-Maximilians-Universität LMU München eine kausale Erklärung der neuronalen Ursachen geistiger Erschöpfung. Die Forschenden zeigen, dass die zusätzliche Stimulation des präfrontalen Kortex während anspruchsvoller geistiger Arbeit die kognitive Leistungsfähigkeit zwar steigerte, allerdings ging dies mit einer stärkeren motivationalen Ermüdung einher. Eine statistische Auswertung legt nahe, dass die mit der Stimulation einhergehende Erhöhung der Glutamat-Konzentration im präfrontalen Kortex dabei eine Rolle spielen könnte.

Würzburg. Wer kennt es nicht: Der Kopf ist voll, die Konzentration schwindet und die Lust, sich mit komplizierten Aufgaben zu befassen, sinkt. Nach längerer geistiger Anstrengung signalisiert unser Gehirn, dass wir eine Pause brauchen. Doch lässt sich diese Müdigkeit nach geistiger Anstrengung allein psychologisch erklären – oder verändern sich dabei auch bestimmte neurochemische oder biologische Prozesse im Gehirn, die dafür sorgen, dass uns die geistige Energie ausgeht?

Bislang war es umstritten, ob es ein biologisches Substrat für Müdigkeit nach mentaler Anstrengung gibt. Psychologische Theorien gehen davon aus, dass wir uns zunehmend erschöpft fühlen, wenn uns eine weitere Anstrengung mehr abverlangt als wir uns davon versprechen. Dann sinkt die Bereitschaft, weiterzuarbeiten, und wir wenden uns lieber leichteren oder angenehmeren Aufgaben zu.

Motivation, präfrontaler Kortex und Glutamat.

Neurobiologische Theorien vermuten hingegen einen Zusammenhang zwischen Hirnaktivität, Veränderungen bestimmter Botenstoffe und Ermüdung. Eine Studie des Paris Brain Institute lieferte beispielsweise Hinweise darauf, dass sich bei längerer geistiger Anstrengung die Glutamatkonzentration im präfrontalen Kortex verändert (Wiehler A. et al. 2022, Current Biology, DOI 10.1016/j.cub.2022.07.010).

Der präfrontale Kortex ist unter anderem dafür zuständig, die Aufmerksamkeit zu steuern, Informationen im Arbeitsgedächtnis zu speichern und Handlungen zu planen. Bei anspruchsvollen geistigen Aufgaben ist er besonders gefordert.

Glutamat ist einer der wichtigsten Botenstoffe im Gehirn. Es ermöglicht den Nervenzellen, Signale weiterzugeben und spielt eine zentrale Rolle bei Aufmerksamkeit, Lernen und Denken. Damit die Signalübertragung zuverlässig funktioniert, muss der Glutamat-Haushalt genau reguliert werden.

Hirnstimulation als experimenteller Ansatz

Prof. Dr. Alexander Soutschek, Professor für Neurowissenschaften der Entscheidungsfindung an der Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie des Universitätsklinikums Würzburg (UKW), und sein Team wollten es genau wissen und verwendeten dabei einen kausalen Ansatz. Ist Aktivität im präfrontalen Kortex tatsächlich die Ursache für die geistige Müdigkeit und lässt sich stärkere Müdigkeit durch einen Anstieg in der Glutamatkonzentration erklären?

Um dieser Frage nachzugehen, griffen die Forschenden gezielt in die Aktivität des präfrontalen Kortex ein. Im Rahmen der Untersuchung erhielten 31 gesunde Probandinnen und Probanden eine anspruchsvolle, 20-minütige Gedächtnisaufgabe. Während sie diese lösten, wurde ein Teil von ihnen einer anregenden transkraniellen Hirnstimulation über den dorsolateralen präfrontalen Kortex (DLPFC) unterzogen, der andere Teil erhielt eine Scheinbehandlung. Anschließend konnten die Teilnehmenden zwischen anspruchsvollen Aufgaben mit höherer Belohnung und leichteren Aufgaben mit geringerer Belohnung wählen. Dadurch ließ sich ihre motivationale Ermüdung anhand ihres Verhaltens messen.

Die Ergebnisse zeigten einen bemerkenswerten Zielkonflikt: Die stimulierten Personen waren während der geistigen Aufgabe zwar leistungsfähiger, fühlten sich anschließend aber stärker erschöpft. Entsprechend sank ihre Motivation, weitere geistige Anstrengungen zu investieren. „Das heißt: Die Verbesserung unserer geistigen Leistungsfähigkeit hat ihren Preis. Wir sind nach der erhöhten Anstrengung noch erschöpfter“, berichtet Hongmei Xia, Doktorandin am Department Psychologie der Ludwigs-Maximilians-Universität München (LMU). Dort leitete Alexander Soutschek noch bis zu seinem Wechsel ans UKW im März 2026 eine Emmy Noether-Gruppe für neurokognitive Psychologie. Die Studie ist Hongmei Xias Promotionsthema.

Glutamatveränderungen und motivationale Ermüdung

Wie sah es mit der Glutmatkonzentration aus? Messungen mittels Magnetresonanzspektroskopie (MRS) vor und nach den geistigen Aufgaben zeigten, dass die anregende Stimulation die Konzentration von Glutamat und glutamatergen Stoffwechselprodukten im präfrontalen Kortex im Vergleich zur Kontrollgruppe erhöhte. Schließlich deuteten die statistischen Analysen darauf hin, dass der Anstieg der Glutamatkonzentration signifikant dazu beitrug, dass sich die Studienteilnehmenden nach der Stimulation weniger bereit fühlten, sich weiter anzustrengen. Ein zusätzliches Kontrollexperiment ergab, dass dieser Effekt vor allem bei längerer geistiger Anstrengung auftrat, nicht aber bei einer Aufgabe, die kaum Konzentration erforderte.

„Unsere Studie stellt rein psychologische Erklärungen dafür, warum anhaltende geistige Arbeit als anstrengend empfunden wird, infrage und zeigt, dass geistige Ermüdung nicht nur mit motivationalen Bewertungen, sondern auch mit neurobiologischen Begrenzungen zusammenhängt. Dabei scheint das Glutamat neben anderen Stoffwechselprodukten eine Rolle zu spielen. Ermüdung ist also nicht einfach eine Frage der Willenskraft“, fasst Alexander Soutschek die Ergebnisse zusammen. Diese wurden nun im Journal Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) veröffentlicht.

Bedeutung für die weitere Erschöpfungsforschung

Veränderungen im Glutamatstoffwechsel könnten künftig helfen, besser zu verstehen, warum geistige Anstrengung ermüdet und welche neurobiologischen Prozesse dabei eine Rolle spielen. Das ist nicht nur für Menschen in anspruchsvollen Arbeitsumgebungen interessant. Auch bei der Aufmerksamkeits-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) berichten Betroffene häufig, dass sie nach geistiger Anstrengung schnell erschöpft sind. Hinzu kommen Erkrankungen wie Depressionen, Schizophrenie oder das chronische Fatigue-Syndrom (ME/CFS), die mit anhaltender Erschöpfung einhergehen. Langfristig könnte ein genaueres Verständnis der biologischen Ursachen krankhafter Erschöpfung dazu beitragen, neue Behandlungsansätze zu entwickeln.

Prof. Dr. Sebastian Walther, Direktor der Klinik und Poliklinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie am UKW, resümiert: „Diese wichtige Studie hilft uns zu verstehen, wie Stoffwechselveränderungen im Gehirn mit geistiger Erschöpfung und Anstrengung zusammenhängen. Die gewonnenen Erkenntnisse sind wegweisend für die Behandlung vieler psychischer Erkrankungen. Mit gezielten Hirnstimulationsverfahren kann Betroffenen in Zukunft wahrscheinlich gut geholfen werden.“

Publikation: Hongmei Xia*, Gizem Vural*, Antonia Susnjar, Helge J. Zöllner, Rebekka S. Mattes, Alexander Soutschek. A Causal Account of the Neural Origins of Mental Fatigue. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (45) e2534136123, https://doi.org/10.1073/pnas.2534136123 (2026).

*geteilte Erstautorenschaft