斯佩裏及其同事不僅將貓的大腦分離而且將它視交叉、視神經的橫過部分分割開，使左眼來的視覺信息僅傳送到左半球，而右眼來的信息隻傳到右半球。當用一隻眼解決問題時，動物能正常反應，而且學會完成一個任務。當蓋住這隻眼把同一問題給另一隻眼呈現時，動物表現出對問題沒有再認，而且必須用這個腦半球對問題再從頭學起。把這種方法用於“分離腦”的猴子身上，也發現有時候猴的這一側腦占優勢，采取這一種行為。有時猴的那一側腦占優勢，采取另一種行為。
斯佩裏由這一發現聯想到腦機製的一係列問題：“在完整的腦中胼胝體擔負兩大半球活動的整合嗎？它的用途是向每個大腦半球不斷報告關於另一邊正在做什麼嗎？當兩半球被分開時，它們實際上獨立到什麼程度？它們能分開思想甚至有分開的情緒嗎？這樣，斯佩裏就從發現問題轉入研究問題，從神經胚胎學研究轉向動物和人的“分離腦”研究，時間從20世紀50年代初開始。可以說這個轉向是他揭開大腦功能之謎的第一步。
1950年，斯佩裏及其同事從魚腦的一側到旯屍側的學習遷移的顯微外科研究中得到啟示，並於1952年用同樣的方法作貓的“分離腦”實驗研究。這類實驗可簡述如下：（1）切斷動物的視交叉，將一隻眼睛蓋住，由另一隻眼睛學習視覺辨別；（2）在辨別訓練之後，將蓋住的眼睛打開，將“受過訓練的眼睛”蓋住；（3）動物表現出通過“未訓練的眼睛”很快地完成辨認的學習。但是，當實驗重複進行到第二階段時，動物反應表現為好像它從未見過以前學習過的問題，即胼胝體的分離阻止了記憶和從一側半球到另一側半球的學習的傳遞。動物需要長時間地用第二隻眼去學習辨別，像它原先用第一隻眼時一樣。當用一隻眼解決問題時，動物能正常反應，並且學會完成一個任務。當蓋住這隻眼把同一問題給另一隻眼呈現時，動物表現出對問題沒有認識，而且必須用這個半球對問題再從頭學起。
這一發現表明：“當割斷大腦兩半球之間的聯接，每個半球就像一個完整的腦一樣獨立地起作用。”斯佩裏通過一係列實驗還表明：“每一個半球都具有知覺、學習及認識係統。
”
20世紀60年代初，美國加州醫學院的沃格爾和博根從斯佩裏施行過分離腦外科手術的猴子能夠迅速複原的發現中得到啟示，對一些屢發性重症癲癇病人試行切除大腦連合部手術，以將疾病控製於一側腦半球。手術取得了意想不到的成功，它即使癲癇限於一側半球，又使患者減輕發病時的劇痛，而病人的語言表達能力、計算能力、語言的邏輯性、言語、記憶，性格及保持令人驚異的完整程度。由於“分離腦”病人的視覺傳人信號並不相混，每個半球的功能均保持完整無損，這就為大腦兩半球的功能研究提供了前提和條件。
斯佩裏由“分離腦”手術成功聯想到：能否用隔離信息處理的方法來研究人腦兩半球的功能呢？於是，斯佩裏就利用“分離腦”病人這一特殊的實驗對象進行一係列的心理測試，從而揭示了大腦兩半球具有高度特化的功能。