Bilaterální cingulotomie je zaměřena na přední cingulární kůru, která je součástí limbického systému. Tento systém je zodpovědný za integraci pocitů a emocí v lidské mozkové kůře. Skládá se z cingulárního gyru, parahipokampálního gyru, amygdaly a hipokampální formace.

Studie u pacientů, kteří byli předmětem bilaterální cingulotomie, které zahrnovaly analýzy fMRI, ukázaly, že přední cingulární kůra má klíčovou roli v kognitivní kontrole a je vysoce pravděpodobné, že se podílí na kontrole reakce pozornosti, zatímco u dorzální části této oblasti mozku nebylo zjištěno, že by se na takovém procesu podílela, ačkoli je to stále předmětem sporu. Funkce dorzální části cingulární kůry byla spojena s tříděním a zpracováním protichůdných informačních signálů. Kromě toho neurozobrazovací studie také naznačily, že přední cingulární kůra se podílí na modulaci korových oblastí, které jsou vyššího řádu, a také oblastí zpracovávajících smysly.

Tato zjištění byla potvrzena také stereotaktickou mikroelektrodovou analýzou jednotlivých korových neuronů ve studii, které se zúčastnilo devět pacientů, kteří podstoupili oboustrannou cingulotomii. Studie zkoumala vliv provádění úkolů náročných na pozornost na aktivitu 36 neuronů nacházejících se v přední cingulární kůře. Po analýze výsledků studie se dospělo k závěru, že přední cingulární kůra se skutečně podílí na modifikaci kognitivních úkolů vyžadujících pozornost, a to na základě skutečnosti, že během simulace takových úkolů došlo ke změně bazální frekvence vypalování neuronů v této oblasti.

Neurozobrazování také odhalilo různé podoblasti v samotné přední cingulární kůře na základě jejich funkce. Tyto studie ukázaly, že kaudální část přední cingulární kůry hraje důležitější funkci při kognitivních činnostech, které zahrnují pozornost, salience, interferenci a konkurenci odpovědí. Tyto výsledky v kombinaci s elektrofyziologickým vyšetřováním funkce neuronů v přední cingulární kůře přinesly poznatky, které lze využít při zlepšování cingulotomie prováděné u pacientů léčených pro OCD. Základem této myšlenky je skutečnost, že variace určitých úkolů, emočních Stroopových úkolů (ES), u nichž bylo zjištěno, že působí zejména u pacientů s OCD, aktivuje neurony v rostrálnější části přední cingulární kůry. Pokud se tedy teoreticky u takového pacienta provede oboustranná cingulotomie v rostrální části přední cingulární kůry, mělo by se dosáhnout lepších výsledků.

OCD je navíc spojena s malformací bazálních ganglií. Funkce této části lidského mozku byla zmapována tak, že ji tvoří dráhy vláken spojené s četnými paralelními kortiko-striato-thalamokortikálními okruhy (CSTC), které se podílejí na senzomotorických, motorických, okulomotorických i kognitivních procesech, které se projevují limbickým systémem. Tato dráha zahrnuje GABAergní inhibiční projekce, které slouží jako jeden z prostředků komunikace mezi jednotlivými zapojenými strukturami. Předpokládá se, že některé formy OCD jsou důsledkem disinhibice jednoho nebo několika okruhů, které fungují v CSTC. Tomu nasvědčuje i nález, který ukázal významné snížení intrakortikální inhibice u pacientů s OCD. Léze v přední cingulární kůře by tedy mohly přispívat ke snížení účinku disinhibice. Tuto teorii potvrdila další studie, která hodnotila korové inhibiční a excitační mechanismy u OCD. Studie měřila excitabilitu motorické kůry i intrakortikální inhibici u pacientů s OCD a kontrolní skupiny zdravých jedinců. Výsledky ukázaly významné snížení intrakortikální inhibice, což vedlo ke zpomalení interstimulačních intervalů o 3 ms. Kromě blízkosti a spojení s limbickým systémem a zejména s amygdalou, která hraje klíčovou roli v emočním prožívání, sdílí přední cingulární kůra aferentní a eferentní dráhy s řadou talamických jader a také se zadním cingulátem a částí některých parietálních, frontálních a doplňkových motorických kůr. To vše podtrhuje vysokou pravděpodobnost, že přední cingulární kůra musí souviset s OCD.

Funkční MRI analýzy přední cingulární kůry vedly také k zavedení bilaterální cingulotomie pro léčbu chronické bolesti. Tato aplikace byla zavedena, protože bylo zjištěno, že přední cingulární kůra souvisí se zpracováním nociceptivních vstupních informací. Úloha přední cingulární kůry spočívá zejména v interpretaci toho, jak podnět na člověka působí, spíše než v jeho skutečné fyzické intenzitě

.