A kétoldali cingulotómia az elülső cinguláris kéregre irányul, amely a limbikus rendszer része. Ez a rendszer felelős az érzések és érzelmek integrációjáért az emberi agykéregben. A cinguláris gyrusból, a parahippokampális gyrusból, az amygdalából és a hippokampális formációból áll.

A kétoldali cingulotómián átesett betegeken végzett, fMRI-elemzésekkel járó vizsgálatok kimutatták, hogy az elülső cinguláris kéregnek kulcsszerepe van a kognitív kontrollban, és nagy valószínűséggel részt vesz a figyelmi válasz irányításában, míg az agy ezen régiójának dorzális részét nem azonosították, hogy részt venne ebben a folyamatban, bár ez még mindig vitatott. A cinguláris kéreg dorzális részének funkcióját az ellentmondásos információs jelek szétválogatásával és feldolgozásával hozták összefüggésbe. Emellett a neuroimaging vizsgálatok azt is jelezték, hogy az elülső cinguláris kéreg részt vesz a magasabb rendű agykérgi régiók, valamint az érzékszervi feldolgozó területek modulációjában.

Ezeket az eredményeket az egyes agykérgi neuronok sztereotaxiás mikroelektródos elemzése is megerősítette egy vizsgálatban, amelyben kilenc, kétoldali cingulotómián átesett beteg vett részt. A vizsgálat a figyelmet igénylő feladatok elvégzésének hatását vizsgálta az elülső cinguláris kéregben található 36 neuron aktivitására. A vizsgálat eredményeinek elemzése során arra a következtetésre jutottak, hogy az elülső cinguláris kéreg valóban részt vesz a figyelmet igénylő kognitív feladatok módosításában, annak alapján, hogy az ilyen feladatok szimulációja során változott az ebben a régióban lévő neuronok bazális tüzelési rátája.

A neuroimaging magában az elülső cinguláris kéregben is különböző alrégiókat tárt fel funkciójuk alapján. Ezek a vizsgálatok azt mutatták, hogy az anterior cinguláris kéreg caudális része fontosabb funkciót tölt be a figyelmet, a szalienciát, az interferenciát és a válaszversenyt érintő kognitív tevékenységekben. Ezek az eredmények az elülső cinguláris kéregben lévő neuronok működésének elektrofiziológiai vizsgálatával kombinálva olyan betekintést nyújtottak, amely felhasználható a kényszerbetegség miatt kezelt betegeken végzett cingulotómia javításában. Ennek az elképzelésnek az alapja az a tény, hogy bizonyos feladatok, az érzelmi Stroop-feladatok (ES) variációja, amelyek különösen a kényszerbetegségben szenvedő betegeknél kifejtett hatásként azonosították, aktiválják a neuronokat az elülső cinguláris kéreg rostrálisabb részében. Így elméletileg, ha egy ilyen betegnél kétoldali cingulotómiát végeznek a rostrális elülső cinguláris kéregben, jobb eredményeket kellene elérni.

Az OCD-t továbbá a bazális ganglionok elváltozásával hozták összefüggésbe. Az emberi agy ezen részének működését úgy térképezték fel, hogy az számos párhuzamos cortico-striato-thalamocorticalis áramkörhöz (CSTC) kapcsolódó rostpályákból áll, amelyek részt vesznek a szenzomotoros, motoros, oculomotoros, valamint a limbikus rendszerben megnyilvánuló kognitív folyamatokban. Ez az útvonal GABAerg gátló projekciókat foglal magában, amelyek a különböző érintett struktúrák közötti kommunikáció egyik eszközeként szolgálnak. Feltételezik, hogy a kényszerbetegség egyes formái a CSTC-ben működő egy vagy több áramkör gátlástalanságának következményei. Erre utal az a megállapítás is, amely az intrakortikális gátlás jelentős csökkenését mutatta ki a kényszerbetegeknél. Így az elülső cinguláris kéreg sérülései hozzájárulhatnak a gátláscsökkentő hatás mérséklődéséhez. Ezt az elméletet egy másik vizsgálat is megerősítette, amely az agykérgi gátló és gerjesztő mechanizmusokat vizsgálta OCD-ben. A vizsgálatban a motoros kéreg ingerlékenységét, valamint az intrakortikális gátlást mérték OCD-s betegeknél és egy egészséges személyekből álló kontrollcsoportnál. Az eredmények az intrakortikális gátlás szignifikáns csökkenését mutatták, ami az ingerek közötti intervallumok 3 ms-os lassulását eredményezte.A limbikus rendszerhez és különösen az érzelmi megtapasztalásban kulcsszerepet játszó amygdalához való közelsége és azzal való társulása mellett az elülső cinguláris kéreg afferens és efferens pályákon osztozik számos talamuszmaggal, valamint a hátsó cinguláris és néhány parietális, frontális és kiegészítő motoros kéreg egy részével. Mindezek alátámasztják annak nagy valószínűségét, hogy az elülső cinguláris kéregnek kapcsolatban kell állnia a kényszerbetegséggel.

Az elülső cinguláris kéreg funkcionális MRI-elemzései a krónikus fájdalom kezelésére szolgáló kétoldali cingulotómia bevezetéséhez is vezettek. Az ilyen alkalmazást azért vezették be, mert az anterior cinguláris kéregről megállapították, hogy kapcsolatban áll a nociceptív információbevitel feldolgozásával. Különösen az elülső cinguláris kéreg szerepe annak értelmezésében van, hogy egy inger hogyan hat az emberre, nem pedig annak tényleges fizikai intenzitásában.