Bilateraalinen cingulotomia kohdistuu anterioriseen cingulaariseen aivokuoreen, joka on osa limbistä järjestelmää. Tämä järjestelmä vastaa tunteiden ja emootioiden integroinnista ihmisen aivokuorella. Se koostuu cingulaarisesta gyruksesta, parahippokampuksen gyruksesta, amygdalasta ja hippokampusmuodostelmasta.

Tutkimukset potilailla, joille tehtiin molemminpuolinen cingulotomia ja joihin liittyi fMRI-analyysejä, osoittivat, että anteriorisella cingulaarisella aivokuorella on keskeinen rooli kognitiivisessa hallinnassa ja että se osallistuu erittäin todennäköisesti tarkkaavaisuusvasteen hallintaan, kun taas kyseisen aivoalueen dorsaalisen osan ei tunnistettu osallistuvan tällaiseen prosessiin, vaikka tästä kiistellään edelleen. Cingulaattisen aivokuoren dorsaalisen osan toiminta liittyi ristiriitaisten informaatiosignaalien lajitteluun ja käsittelyyn. Lisäksi neurokuvantamistutkimukset viittasivat myös siihen, että etummainen cingulaarinen aivokuori osallistuu korkeamman asteen kortikaalisten alueiden sekä aistienkäsittelyalueiden modulaatioon.

Nämä havainnot vahvistettiin myös yksittäisten kortikaalisten neuronien stereotaktisella mikroelektrodianalyysillä tutkimuksessa, johon osallistui yhdeksän potilasta, joille oli tehty molemminpuolinen cingulotomia. Tutkimuksessa selvitettiin tarkkaavaisuutta vaativien tehtävien suorittamisen vaikutusta 36:n cingulaarisen aivokuoren etuosassa sijaitsevan neuronin aktiivisuuteen. Tutkimustuloksia analysoitaessa pääteltiin, että anteriorinen cingulaarinen aivokuori todellakin osallistuu tarkkaavaisuutta vaativien kognitiivisten tehtävien muokkaamiseen sen perusteella, että kyseisellä alueella sijaitsevien neuronien basaalinen palamisnopeus muuttui tällaisten tehtävien simuloinnin aikana.

Neurokuvantaminen paljasti myös itse anteriorisen cingulaarisen aivokuoren eri osa-alueita niiden toiminnan perusteella. Nämä tutkimukset osoittivat, että anteriorisen cingulaarisen aivokuoren kaudaalisella osalla on tärkeämpi tehtävä kognitiivisissa toiminnoissa, joihin liittyy tarkkaavaisuutta, korostuneisuutta, interferenssiä ja vastauskilpailua. Nämä tulokset yhdistettynä anteriorisen cingulaarisen aivokuoren neuronien toiminnan elektrofysiologiseen tutkimukseen ovat antaneet näkemyksiä, joita voidaan käyttää OCD:n vuoksi hoidetuille potilaille suoritetun cingulotomian parantamisessa. Tämän ajatuksen taustalla on se, että tiettyjen tehtävien, Emotional Stroop -tehtävien (ES), variaatio, joiden on erityisesti todettu aiheuttavan vaikutuksia OCD-potilailla, aktivoi neuroneita anteriorisen cingulaarisen aivokuoren rostraalisemmassa osassa. Näin ollen teoreettisesti, jos tällaiselle potilaalle tehdään molemminpuolinen cingulotomia rostraalisella anteriorisella cingulaarisella aivokuorella, pitäisi saada parempia tuloksia.

Lisäksi pakko-oireinen häiriötila on yhdistetty tyvitumakkeiden epämuodostumaan. Ihmisen aivojen tämän osan toiminta on kartoitettu koostuvan kuituraiteista, jotka liittyvät lukuisiin rinnakkaisiin kortiko-striato-thalamokortikaalisiin piireihin (CSTC), jotka osallistuvat sensomotorisiin, motorisiin, oculomotorisiin sekä kognitiivisiin prosesseihin, jotka ilmenevät limbisen järjestelmän kautta. Tämä reitti sisältää GABAergisia inhibitorisia projektioita, jotka toimivat yhtenä viestintävälineenä eri rakenteiden välillä. On oletettu, että jotkin pakko-oireisen häiriön muodot ovat seurausta yhden tai useamman CSTC:ssä toimivan piirin estymisestä. Tähän viittaa myös havainto, jonka mukaan intrakortikaalinen inhibitio on vähentynyt merkittävästi OCD-potilailla. Näin ollen anteriorisen cingulaarisen aivokuoren vauriot saattavat osaltaan vähentää disinhibition vaikutusta. Tämä teoria on vahvistettu toisessa tutkimuksessa, jossa arvioitiin aivokuoren inhibitorisia ja eksitatorisia mekanismeja OCD:ssä. Tutkimuksessa mitattiin motorisen aivokuoren eksitoituvuutta sekä intrakortikaalista inhibitiota OCD-potilailla ja terveistä henkilöistä koostuvalla kontrollilla. Tulokset osoittivat, että intrakortikaalinen inhibitio väheni merkittävästi, mikä johti ärsykkeiden välisten aikavälien hidastumiseen 3 ms:lla. Sen lisäksi, että anteriorinen cingulaarinen aivokuori on lähellä limbistä järjestelmää ja erityisesti amygdalaa, jolla on keskeinen rooli tunnekokemuksessa, ja että se on yhteydessä siihen, sillä on yhteisiä afferentteja ja efferenttejä reittejä useiden talamuksen ytimien sekä posteriorisen cingulaarisen aivokuoren ja joidenkin parietaalisen, frontaalisen ja motorisen aivokuoren osien kanssa. Kaikki nämä korostavat sitä suurta todennäköisyyttä, että anteriorisen cingulaarisen aivokuoren on liityttävä OCD:hen.

Anteriorisen cingulaarisen aivokuoren toiminnalliset magneettikuvausanalyysit ovat myös johtaneet siihen, että kroonisen kivun hoidossa on otettu käyttöön bilateraalinen cingulotomia. Tällainen sovellus otettiin käyttöön, koska anteriorisen cingulaarisen aivokuoren on todettu liittyvän nokiseptisen informaatiotulon käsittelyyn. Erityisesti anteriorisen cingulaarisen aivokuoren rooli on sen tulkinnassa, miten ärsyke vaikuttaa ihmiseen, eikä niinkään sen todellisessa fyysisessä voimakkuudessa.