La cingulotomia bilaterale mira alla corteccia cingolata anteriore, che fa parte del sistema limbico. Questo sistema è responsabile dell’integrazione dei sentimenti e delle emozioni nella corteccia umana. È composto dal giro del cingolo, dal giro paraippocampale, dall’amigdala e dalla formazione dell’ippocampo.

Studi su pazienti sottoposti a cingulotomia bilaterale, che hanno coinvolto analisi fMRI, hanno mostrato che la corteccia cingolata anteriore ha un ruolo chiave nel controllo cognitivo ed è molto probabile che sia coinvolta nel controllo della risposta attenzionale, mentre la parte dorsale di quella regione del cervello non è stata identificata per essere coinvolta in tale processo, anche se questo è ancora in discussione. La funzione della parte dorsale della corteccia cingolata è stata collegata all’ordinamento e all’elaborazione di segnali informativi contrastanti. Inoltre, gli studi di neuroimaging hanno anche indicato che la corteccia cingolata anteriore partecipa alla modulazione delle regioni corticali che sono di ordine superiore così come le aree di elaborazione sensoriale.

Questi risultati sono stati confermati anche dall’analisi stereotassica dei microelettrodi di singoli neuroni corticali in uno studio, che ha coinvolto nove pazienti sottoposti a cingulotomia bilaterale. Lo studio ha indagato l’effetto dell’esecuzione di compiti che richiedono attenzione sull’attività di 36 neuroni situati nella corteccia cingolata anteriore. Analizzando i risultati dello studio, si è concluso che la corteccia cingolata anteriore è effettivamente coinvolta nella modifica dei compiti cognitivi che richiedono attenzione, in base al fatto che c’era un cambiamento nella frequenza di accensione basale dei neuroni in quella regione durante la simulazione di tali compiti.

L’neuroimaging ha anche scoperto diverse sottoregioni nella stessa corteccia cingolata anteriore in base alla loro funzione. Questi studi hanno mostrato che la parte caudale della corteccia cingolata anteriore svolge una funzione più importante nelle attività cognitive che coinvolgono l’attenzione, la salienza, l’interferenza e la competizione delle risposte. Questi risultati combinati con l’indagine elettrofisiologica della funzione dei neuroni nella corteccia cingolata anteriore hanno fornito intuizioni che possono essere utilizzate nel miglioramento della cingulotomia eseguita su pazienti trattati per OCD. La base di questa idea è il fatto che una variazione di alcuni compiti, i compiti di Emotional Stroop (ES), che sono stati particolarmente identificati per esercitare effetti nei pazienti OCD, attivano neuroni nella parte più rostrale della corteccia cingolata anteriore. Così, teoricamente, se la cingulotomia bilaterale viene eseguita in un tale paziente nella corteccia cingolata anteriore rostrale, si dovrebbero ottenere risultati migliori.

Inoltre, l’OCD è stato associato a una malformazione dei gangli della base. La funzione di questa parte del cervello umano è stata mappata per essere composta da tracce di fibre associate a numerosi circuiti paralleli cortico-striato-talamocorticali (CSTC), che sono coinvolti nei processi sensorimotori, motori, oculomotori e cognitivi che si manifestano nel sistema limbico. Questo percorso coinvolge proiezioni inibitorie GABAergiche che servono come uno dei mezzi di comunicazione tra le diverse strutture coinvolte. È stato ipotizzato che alcune forme di OCD siano il risultato della disinibizione di uno o più circuiti che operano nel CSTC. Questo è anche indicato da una scoperta che ha mostrato una significativa diminuzione dell’inibizione intracorticale nei pazienti OCD. Così, le lesioni nella corteccia cingolata anteriore potrebbero contribuire alla diminuzione dell’effetto di disinibizione. Questa teoria è stata confermata da un altro studio che ha valutato i meccanismi corticali inibitori ed eccitatori nel DOC. Lo studio ha misurato l’eccitabilità della corteccia motoria, così come l’inibizione intracorticale in pazienti OCD e un controllo di individui sani. I risultati hanno mostrato una significativa diminuzione dell’inibizione intracorticale, che si è tradotta in un rallentamento degli intervalli interstimolo di 3 ms. Oltre alla sua vicinanza e associazione con il sistema limbico e l’amigdala in particolare, che svolge un ruolo chiave nell’esperienza emotiva, la corteccia cingolata anteriore condivide vie afferenti ed efferenti con un certo numero di nuclei talamici così come il cingolato posteriore e parte di alcuni parietali, frontale e corteccia motoria supplementare. Tutto ciò sottolinea l’alta probabilità che la corteccia cingolata anteriore debba essere collegata all’OCD.

Le analisi MRI funzionali della corteccia cingolata anteriore hanno anche portato all’introduzione della cingulotomia bilaterale per il trattamento del dolore cronico. Tale applicazione è stata introdotta dal momento che la corteccia cingolata anteriore è stata trovata per essere collegata all’elaborazione dell’input di informazioni nocicettive. In particolare, il ruolo della corteccia cingolata anteriore è nell’interpretazione di come uno stimolo colpisce una persona piuttosto che la sua effettiva intensità fisica.