Tlen hiberbaryczny dotlenia mózg i zwiększa jego aktywność, a tym samym:

• stymuluje pracę układu nerwowego,
• ożywia i pobudza do życia uśpione od dawana komórki oraz przywraca ich prawidłowe funkcjonowanie,
• poprawia metabolizm w tkance nerwowej,
• redukuje obrzęk mózgu,
• poprawia warunki przepływu w mikrokrążeniu,
• zwiększa przepuszczalność barier krew-mózg,
• chroni już uszkodzone obszar w tkance nerwowej,
• może zmniejszyć stopień uszkodzeń mózgu powstałych na skutek wylewów czy udarów, a także przyspieszyć rehabilitację.

Badania obrazowe tomografii emisyjnej SPECT jednoznacznie potwierdziły, że znaczna ilość komórek nerwowych, które uległy uszkodzeniu (tzw. komórki uśpione) jest zdolna do życia nawet w kilka lat po udarze. Dostarczenie do tych komórek tlenu przy użyciu tlenowej terapii hiperbarycznej HBOT powoduje ich reaktywację. Jest to podstawa stosowania HBOT w leczeniu urazów, pourazowych uszkodzeń mózgu i porażeń mózgowych. Leczenie tlenem hiperbarycznym udaru mózgu przyczynia się do szybszej (wg. różnych źródeł od 40% do 100%) poprawy stanu klinicznego pacjentów. U chorych poddanych terapii obserwowany jest wyjątkowo duży stopień redukcji stanów spastycznych, poprawie ulegają także funkcje poznawcze i pamięć.

Istnieją jasne dowody kliniczne znaczącego złagodzenia objawów mózgowego porażenia dziecięcego, takich jak spastyczność oraz zaburzenia widzenia, słuchu i mowy. Wyniki te zależne są od indywidualnych cech pacjenta, a HBOT stanowi w tym przypadku ważne leczenie uzupełniające, które w połączeniu z odpowiednią rehabilitacją i innymi formami terapii umożliwia znaczącą poprawę stanu dzieci z tym schorzeniem.

Włączenie do leczenia tlenu hiperbarycznego powoduje znaczącą poprawę efektów leczenia poprzez skrócenie czasu potrzebnego na przywrócenie pełnej funkcji uszkodzonego nerwu w samoistnym porażeniu nerwu twarzowego. Wysokie dawki tlenu hiperbarycznego obniżają mózgowy przepływ krwi, co powoduje redukcję ciśnienia śródczaszkowego. Tym samym przywrócony zostaje metabolizm tlenowy w tkance mózgowej i usuwane są zaburzenia powodowane niedotlenieniem, niedokrwieniem, obrzękiem i zaburzeniami w działaniu enzymów. Wzrost ciśnienia parcjalnego tlenu powoduje zwiększenie zasięgu dyfuzji tlenu z naczyń mózgowych. Tlen dociera w zwiększonych ilościach do obszarów uprzednio niedotlenionych.

Dzięki zastosowaniu tlenowej terapii hiperbarycznej uśpione komórki mózgowe zostają pobudzone do pracy. Liczne badania kliniczne potwierdzają wpływ terapii hiperbarycznej na dzieci ze zdiagnozowanym autyzmem, jednoznacznie stwierdzają poprawę stanu zdrowia pacjentów. Zabieg w komorze hiperbarycznej poprawia koncentrację i zdolności poznawcze, polepsza kontakt wzrokowy, obniża poziom stresu i poprawia jakość snu. Poprawę u dzieci z autyzmem stwierdza się już po 40 godzinach tlenoterapii hiperbarycznej HBOT.

Te same mechanizmy wpływu terapii tlenem hiperbarycznym na ośrodkowy układ nerwowy odpowiadają za poprawę jakości życia pacjentów dotkniętych chorobami Alzheimera i Parkinsona czy stwardnieniem rozsianym (SM).

Właściwe utlenowanie komórek nerwowych, w tym obszaru mózgu, osiągalne wyłącznie dzięki stosowaniu tlenoterapii hiperbarycznej HBOT odpowiada za zdecydowane obniżenie stanów depresyjnych i przewlekłego stresu, stanowiąc kluczowy element terapii w tym zakresie.