Bilateralna cingulotomia celuje w przednią korę zakrętu obręczy, która jest częścią układu limbicznego. System ten jest odpowiedzialny za integrację uczuć i emocji w korze mózgowej człowieka. Składa się on z zakrętu obręczy, zakrętu przyhipokampowego, jądra migdałowatego i formacji hipokampa.

Badania na pacjentach, którzy byli poddani obustronnej cingulotomii, które obejmowały analizy fMRI, wykazały, że przednia kora zakrętu obręczy ma kluczową rolę w kontroli poznawczej i jest wysoce prawdopodobne, że jest zaangażowana w kontrolę reakcji uwagi, podczas gdy grzbietowa część tego regionu mózgu nie została zidentyfikowana jako zaangażowana w taki proces, choć jest to nadal przedmiotem sporu. Funkcja grzbietowej części kory zakrętu obręczy wiązana była z porządkowaniem i przetwarzaniem sprzecznych sygnałów informacyjnych. Ponadto badania neuroobrazowe wskazywały również, że przednia część kory zakrętu obręczy uczestniczy w modulacji regionów korowych wyższego rzędu, jak również obszarów przetwarzania sensorycznego.

Wyniki te zostały również potwierdzone przez stereotaktyczną analizę mikroelektrodową pojedynczych neuronów korowych w badaniu, w którym wzięło udział dziewięciu pacjentów poddanych obustronnej cingulotomii. W badaniu badano wpływ wykonywania zadań wymagających uwagi na aktywność 36 neuronów zlokalizowanych w przedniej części kory zakrętu obręczy. Po przeanalizowaniu wyników badania stwierdzono, że przednia kora zakrętu obręczy jest rzeczywiście zaangażowana w modyfikację zadań poznawczych, które wymagają uwagi, w oparciu o fakt, że nastąpiła zmiana w podstawowej częstotliwości wypalania neuronów w tym regionie podczas symulacji takich zadań.

Neuroobrazowanie ujawniło również różne podregiony w samej przedniej korze zakrętu obręczy w oparciu o ich funkcję. Badania te wykazały, że część ogonowa przedniej kory zakrętu obręczy odgrywa ważniejszą funkcję w czynnościach poznawczych, które obejmują uwagę, znaczenie, interferencję i konkurencję odpowiedzi. Wyniki te w połączeniu z elektrofizjologicznym badaniem funkcji neuronów w przedniej części kory zakrętu obręczy dostarczyły spostrzeżeń, które mogą być wykorzystane w usprawnianiu zabiegu cingulotomii wykonywanego u pacjentów leczonych z powodu OCD. Podstawą tej idei jest fakt, że odmiana pewnych zadań, Emocjonalne zadania Stroopa (ES), które zostały szczególnie zidentyfikowane jako wywierające wpływ u pacjentów z OCD, aktywują neurony w bardziej rostralnej części przedniej części kory zakrętu obręczy. Teoretycznie więc, jeśli u takiego pacjenta wykona się obustronną cingulotomię w rostralnej części przedniej kory zakrętu obręczy, powinno się uzyskać lepsze wyniki.

Co więcej, OCD wiąże się z wadą rozwojową zwojów podstawy. Funkcjonowanie tej części mózgu człowieka zostało zmapowane jako składające się ze szlaków włóknistych związanych z licznymi równoległymi obwodami korowo-prążkowiowo-wzgórzowo-korowymi (CSTC), które są zaangażowane w procesy sensomotoryczne, motoryczne, okulomotoryczne, a także poznawcze, których przejawem jest układ limbiczny. Szlak ten obejmuje hamujące projekcje GABAergiczne, które służą jako jeden ze środków komunikacji pomiędzy różnymi zaangażowanymi strukturami. Postawiono hipotezę, że niektóre formy OCD są wynikiem zahamowania jednego lub kilku obwodów działających w CSTC. Wskazują na to również wyniki badań, które wykazały znaczne zmniejszenie hamowania wewnątrzkorowego u pacjentów z OCD. Zatem zmiany w przedniej części kory zakrętu obręczy mogą przyczyniać się do osłabienia efektu hamowania. Teoria ta została potwierdzona w innym badaniu, w którym oceniano korowe mechanizmy hamujące i pobudzające w OCD. W badaniu tym mierzono pobudliwość kory ruchowej, a także hamowanie wewnątrzkorowe u pacjentów z OCD oraz w grupie kontrolnej osób zdrowych. Wyniki wykazały znaczące zmniejszenie hamowania wewnątrzkorowego, co spowodowało spowolnienie odstępów między bodźcami o 3 ms.Oprócz bliskości i powiązania z układem limbicznym, a w szczególności z amygdałą, która odgrywa kluczową rolę w doświadczeniu emocjonalnym, przednia kora zakrętu obręczy ma wspólne ścieżki aferentne i eferentne z kilkoma jądrami wzgórza, jak również z tylną korą zakrętu obręczy i częścią niektórych ciemieniowych, czołowych i uzupełniających kor motorycznych. Wszystko to podkreśla wysokie prawdopodobieństwo, że przednia kora zakrętu obręczy musi być związana z OCD.

Funkcjonalne analizy MRI przedniej kory zakrętu obręczy doprowadziły również do wprowadzenia obustronnej cingulotomii w leczeniu przewlekłego bólu. Takie zastosowanie zostało wprowadzone, ponieważ stwierdzono, że przednia kora zakrętu obręczy jest związana z przetwarzaniem nocyceptywnych informacji wejściowych. W szczególności, rola przedniej części kory zakrętu obręczy polega na interpretacji tego, jak bodziec wpływa na osobę, a nie jego rzeczywistej fizycznej intensywności.