自由基通過活性氧簇（ROS）在各種神經系統疾病的病理改變以及疾病的進展方面起著重要的作用[41]，許多促氧化酶和抗氧化酶在氧化應激誘導的信號傳導和損傷中也起著重要的作用[42]。Tanaka等人[43]在研究慢性腦缺血后的氧化應激和氧化還原反應過程中，將慢性腦缺血分為兩個階段：第1天到6周為急性期，第6周以后為慢性期。急性期的氧化還原反應主要與神經細胞損傷和遲發的膽堿能系統功能障礙有關，而神經細胞功能障礙主要與亞硝酸鹽和硝酸鹽（NOx）濃度升高所致，中樞膽堿能系統功能障礙則是由于GSH濃度降低所致。
Tanaka等人還發現慢性腦缺血1d后，NOx的濃度和誘導型NO的mRNA表達開始上升，誘導型NO合酶（iNOS酶）的活性升高。推測NOx濃度升高可能為星形膠質細胞和小膠質細胞的激活導致iNO mRNA表達增加所致。iNOS具有破壞血管內皮，激活缺血區域的神經膠質細胞的作用。在慢性腦缺血第1天以及6w之后，紋狀體的超氧化物歧化酶（SOD）活性都有降低，Tanaka等人認為第1天出現的SOD活性降低為亞硝酸鹽產生過程中消耗了大量的過氧化物所致，而6w后出現的第二次SOD活性降低是由于氧化應激作用消耗了超氧化物所致。自由基形成和氧化應激在慢性腦缺血中的作用機制較復雜，研究尚未完全闡明自由基對慢性腦缺血后的神經損傷機制，對于氧化應激及在慢性腦缺血后的認知功能障礙方面的機制也不完全清楚，這些都有待進一步的研究。