La cingulotomie bilatérale cible le cortex cingulaire antérieur, qui fait partie du système limbique. Ce système est responsable de l’intégration des sentiments et des émotions dans le cortex humain. Il est composé du gyrus cingulaire, du gyrus parahippocampique, de l’amygdale et de la formation hippocampique.

Des études menées chez des patients ayant subi une cingulotomie bilatérale, qui comportaient des analyses par IRMf, ont montré que le cortex cingulaire antérieur joue un rôle clé dans le contrôle cognitif et qu’il est très probablement impliqué dans le contrôle de la réponse attentionnelle, alors que la partie dorsale de cette région du cerveau n’a pas été identifiée comme étant impliquée dans un tel processus, bien que cela soit encore contesté. La fonction de la partie dorsale du cortex cingulaire était liée au tri et au traitement des signaux d’information contradictoires. En outre, des études de neuro-imagerie ont également indiqué que le cortex cingulaire antérieur participe à la modulation des régions corticales d’ordre supérieur ainsi que des zones de traitement sensoriel.

Ces résultats ont également été confirmés par l’analyse stéréotaxique par microélectrodes de neurones corticaux uniques dans une étude, qui a impliqué neuf patients subissant une cingulotomie bilatérale. L’étude a porté sur l’effet de l’exécution de tâches exigeant de l’attention sur l’activité de 36 neurones situés dans le cortex cingulaire antérieur. Après analyse des résultats de l’étude, il a été conclu que le cortex cingulaire antérieur est effectivement impliqué dans la modification des tâches cognitives nécessitant de l’attention, sur la base du fait qu’il y avait un changement dans le taux de tir basal des neurones dans cette région pendant la simulation de telles tâches.

La neuro-imagerie a également mis en évidence différentes sous-régions dans le cortex cingulaire antérieur lui-même en fonction de leur fonction. Ces études ont montré que la partie caudale du cortex cingulaire antérieur joue une fonction plus importante dans les activités cognitives qui impliquent l’attention, la saillance, l’interférence et la compétition de réponse. Ces résultats, combinés à l’étude électrophysiologique de la fonction des neurones du cortex cingulaire antérieur, ont fourni des indications qui peuvent être utilisées pour améliorer la cingulotomie pratiquée sur les patients traités pour un TOC. La base de cette idée est le fait qu’une variation de certaines tâches, les tâches Stroop émotionnelles (ES), qui ont été particulièrement identifiées comme exerçant des effets chez les patients souffrant de TOC, activent les neurones dans la partie la plus rostrale du cortex cingulaire antérieur. Ainsi, théoriquement, si une cingulotomie bilatérale est pratiquée chez un tel patient dans le cortex cingulaire antérieur rostral, de meilleurs résultats devraient être obtenus.

En outre, le TOC a été associé à une malformation des ganglions de la base. La fonction de cette partie du cerveau humain a été cartographiée pour être composée de pistes de fibres associées à de nombreux circuits cortico-striato-thalamocorticaux (CSTC) parallèles, qui sont impliqués dans les processus sensorimoteurs, moteurs, oculomoteurs ainsi que dans les processus cognitifs qui se manifestent par le système limbique. Cette voie implique des projections inhibitrices GABAergiques qui servent de moyen de communication entre les différentes structures impliquées. On a émis l’hypothèse que certaines formes de TOC sont le résultat d’une désinhibition d’un ou plusieurs des circuits qui opèrent dans le CSTC. Ceci est également indiqué par une découverte qui a montré une diminution significative de l’inhibition intracorticale chez les patients atteints de TOC. Ainsi, les lésions du cortex cingulaire antérieur pourraient contribuer à l’atténuation de l’effet de désinhibition. Cette théorie a été confirmée par une autre étude qui a évalué les mécanismes inhibiteurs et excitateurs corticaux dans les TOC. L’étude a mesuré l’excitabilité du cortex moteur, ainsi que l’inhibition intracorticale chez des patients atteints de TOC et un groupe témoin d’individus sains. En plus de sa proximité et de son association avec le système limbique et l’amygdale en particulier, qui joue un rôle clé dans l’expérience émotionnelle, le cortex cingulaire antérieur partage des voies afférentes et efférentes avec un certain nombre de noyaux thalamiques ainsi qu’avec le cingulaire postérieur et une partie de certains cortex moteurs pariétaux, frontaux et supplémentaires. Tous ces éléments soulignent la forte probabilité que le cortex cingulaire antérieur doit être lié au TOC.

Les analyses IRM fonctionnelles du cortex cingulaire antérieur ont également conduit à l’introduction de la cingulotomie bilatérale pour le traitement de la douleur chronique. Une telle application a été introduite depuis que le cortex cingulaire antérieur a été trouvé comme étant lié au traitement de l’entrée d’informations nociceptives. En particulier, le rôle du cortex cingulaire antérieur est dans l’interprétation de la façon dont un stimulus affecte une personne plutôt que son intensité physique réelle.