Bilateral cingulotomi er rettet mod den anteriore cingulære cortex, som er en del af det limbiske system. Dette system er ansvarlig for integrationen af følelser og følelser i den menneskelige cortex. Det består af den cingulære gyrus, den parahippocampale gyrus, amygdala og den hippocampale formation.

Undersøgelser hos patienter, der var genstand for bilateral cingulotomi, som omfattede fMRI-analyser, viste, at den forreste cingulære cortex har en nøglerolle i kognitiv kontrol og med stor sandsynlighed er involveret i kontrollen af opmærksomhedsreaktion, mens den dorsale del af denne region af hjernen ikke blev identificeret som værende involveret i en sådan proces, selv om dette stadig er omstridt. Funktionen af den dorsale del af den cingulære cortex var forbundet med sortering og behandling af modstridende informationssignaler. Desuden viste neuroimaging-undersøgelser også, at den forreste cingulære cortex deltager i modulationen af kortikale regioner, der er af højere orden, samt sensoriske behandlingsområder.

Disse resultater er også blevet bekræftet ved stereotaktisk mikroelektrodeanalyse af enkelte kortikale neuroner i en undersøgelse, som omfattede ni patienter, der gennemgik bilateral cingulotomi. Undersøgelsen undersøgte virkningen af at udføre opmærksomhedskrævende opgaver på aktiviteten af 36 neuroner placeret i den forreste cingulære cortex. Ved analysen af undersøgelsens resultater blev det konkluderet, at den forreste cingulære cortex faktisk er involveret i ændringen af kognitive opgaver, der kræver opmærksomhed, baseret på det faktum, at der var en ændring i den basale fyringsfrekvens af neuroner i denne region under simulering af sådanne opgaver.

Neuroimaging afdækkede også forskellige underregioner i selve den forreste cingulære cortex baseret på deres funktion. Disse undersøgelser viste, at den caudale del af den forreste cingulære cortex spiller en vigtigere funktion i kognitive aktiviteter, der involverer opmærksomhed, salience, interferens og svarkonkurrence. Disse resultater kombineret med elektrofysiologisk undersøgelse af funktionen af neuroner i den forreste cingulære cortex har givet indsigt, som kan bruges til at forbedre cingulotomi udført på patienter, der behandles for OCD. Grundlaget for denne idé er det faktum, at en variation af visse opgaver, Emotional Stroop-opgaver (ES), som især er blevet identificeret som havende virkninger hos OCD-patienter, aktiverer neuroner i den mere rostrale del af den forreste cingulære cortex. Hvis der således teoretisk set foretages bilateral cingulotomi hos en sådan patient i den rostrale forreste cingulære cortex, skulle der teoretisk set opnås bedre resultater.

Dertil kommer, at OCD er blevet forbundet med en misdannelse af de basale ganglier. Funktionen af denne del af den menneskelige hjerne er blevet kortlagt som værende sammensat af fiberbaner, der er forbundet med talrige parallelle kortiko-striato-thalamokortikale kredsløb (CSTC), som er involveret i sensomotoriske, motoriske, oculomotoriske såvel som de kognitive processer, der manifesteres af det limbiske system. Denne vej omfatter GABAergiske hæmmende projektioner, der tjener som et af kommunikationsmidlerne mellem de forskellige involverede strukturer. Det er blevet antaget, at nogle former for OCD er et resultat af en afhæmning af et eller flere af de kredsløb, der fungerer i CSTC. Dette indikeres også af et fund, der viste et betydeligt fald i intrakortikal hæmning hos OCD-patienter. Læsioner i den forreste cingulære cortex kan således bidrage til en mindskelse af den afhæmmende effekt. Denne teori er blevet bekræftet af en anden undersøgelse, som vurderede de kortikale hæmmende og excitatoriske mekanismer i OCD. Undersøgelsen målte excitabiliteten i den motoriske cortex samt den intrakortikale hæmning hos OCD-patienter og en kontrolgruppe af raske personer. Resultaterne viste et signifikant fald i den intrakortikale hæmning, hvilket resulterede i en nedsættelse af interstimulusintervallerne med 3 ms.Ud over sin nærhed til og tilknytning til det limbiske system og især amygdala, som spiller en central rolle i følelsesmæssige oplevelser, deler den forreste cingulære cortex afferente og efferente veje med en række thalamiske kerner samt den bageste cingulære cortex og en del af nogle parietale, frontale og supplerende motoriske cortex. Alt dette understreger den store sandsynlighed for, at den forreste cingulære cortex må være forbundet med OCD.

Funktionelle MRI-analyser af den forreste cingulære cortex har også ført til indførelsen af bilateral cingulotomi til behandling af kroniske smerter. En sådan anvendelse blev indført, da den forreste cingulære cortex har vist sig at være relateret til behandlingen af nociceptive informationsinput. Navnlig er den forreste cingulære cortex’ rolle i fortolkningen af, hvordan en stimulus påvirker en person, snarere end dens faktiske fysiske intensitet.