1981年10月9日凌晨3时，美国加利福尼亚州理工学院校长在睡梦中被电话铃声惊醒。新闻记者向他道喜说：“刚刚由瑞典传来消息，您校斯佩里教授被评选为今年诺贝尔生理学及医学奖的获得者！”该校以往曾多次得到类似的佳音，这次却有点不同。许多熟悉斯佩里的人，初听到他获奖消息时的反应都是：“大好了！但是为了什么呢？”同行们公认，他有两项深远影响的贡献都值得获奖。问“为什么”并非意味着“凭什么”，而是为了弄清楚为了“哪一项贡献”而获奖。
消息传来的当天，加州理工学院校刊发了号外，上面登了各方面表示的祝贺。校长的贺词是：“斯佩里，谨向阁下大脑的左右两半球一并致贺！”这样的贺词或许是绝无仅有的，也多少有些让人感到莫名其妙。然而，一旦人们弄清楚了其中的缘由，又无不钦佩校长的诙谐和中肯。原来，根据诺贝尔奖金评选委员会的宣布，斯佩里获奖的主要原因是“发现了大脑左右两半球在功能上的特化，使我们对大脑结构机能有了崭新的认识。”
1943年，斯佩里刚获得博士学位不久，那时“行为主义”在美国盛行，人们认为环境和经验是影响和决定行为的必要和充分的条件。斯佩里发表了一篇迄今仍常被引证的实验报告，一举推翻了当时专家们（包括他自己的指导教授万思）所共持的偏见。他把青蛙的视神经在眼球后切断，并把眼球在眼眶中绕视轴旋转180°，重新定位。这样，旋转前后网膜各部分收到的外来信息，上下左右正好颠倒。手术后，被切断的视神经逐渐萎缩。
过一段时期，新的视神经会由转动后的眼球上重新长出，伸向脑部，与脑部视区的神经细胞搭上关联。这里，青蛙虽重获视觉，却并不得益。每当斯佩里在它的视野里某处放入小虫时，它总是向相反方向去摄取。这目标与行为间的偏差，无论如何都不能纠正。若不喂食物到口，青蛙就会被饿死！实验表明：源于眼睛网膜不同部位的诸神经纤维，与脑部视区诸神经细胞之间，各有其对象。无论研究者把动物眼球如何定位，视神经如何切扭，由网膜各部重生的视神经纤维，或重列，或绕道，最后仍回到各自先天就决定的目的点去，即使眼球经人为转向后会使行为产生偏差，也无可奈何。
据此，斯佩里提出了新的观点：一是“神经功能不可互换和脑的联结不可塑”；二是“中枢神经的联结生长具有高度特异选择性并精确地按照预定程序进行，神经的联结是由遗传决定的。”
生物胚胎的分化发育，总是从一个细胞开始的。人们公认：在高等动物中，哪些细胞会组成骨骼，哪些会变成血液，都是遗传决定的。斯佩里的贡献，是把先天的影响从“组织”的分化推进到个别神经细胞的分化上去。同时表明：神经系统由先天已决定的结构，对行为具有莫大的影响，不是完全能由环境和经验来左右的。这并不是说环境和学习不重要。假如李白生长在英国、自然不会用英文写出“床前明月光”的诗句。反之，换一个人，即使有和李白同样经历和文化水平，可能连一首“打油诗”也诌不出来。
斯佩里强调，人们在神经系统结构细节上所呈现的差异，比人们在面孔、指纹上的差异更大。各人的才智、性格生来有别，因而教育的方式和重点也应该多元化。因材施教不但事半功倍，也会使人类的文明多姿多彩。
20世纪40年代，斯佩里从事神经元的功能特异性研究，他发现中枢神经联结的生长不但具有高度特异的选择性，而且精确地按照预定程序进行。这个发现导致他深入研究胼胝体的功能问题。胼胝体是脑的最大的纤维系统，由约2亿根神经纤维组成。曾有医生试着用切断胼胝体的方法来治疗严重的癫痫症，手术后病人发病次数和严重程度果然减少了。
更可喜的是，看不出手术有什么副作用。于是人们不免发生疑问：“经过亿万年进化还存在的胼胝体，难道仅是为了恶化少数癫痫病人的病情吗？”斯佩里一方面分析研究了前人积累的科学证据，如19世纪末戴杰雷因发现，损伤两半球间即从右半球视觉皮层到左半球的语言中枢的视觉路线，则会产生完全的失语症。20世纪初，李普曼报告了损伤胼胝体前部将会引起失语症结果的真实证据等，从而对胼胝体同大脑两半球功能毫不相干的观点持怀疑态度。另一方面斯佩里在早期研究新发现的基础上，先后用猫和猴作分离脑实验研究，以此胼胝体在统一的大脑两半球功能中究竟有无作用问题。
斯佩里及其同事不仅将猫的大脑分离而且将它视交叉、视神经的横过部分分割开，使左眼来的视觉信息仅传送到左半球，而右眼来的信息只传到右半球。当用一只眼解决问题时，动物能正常反应，而且学会完成一个任务。当盖住这只眼把同一问题给另一只眼呈现时，动物表现出对问题没有再认，而且必须用这个脑半球对问题再从头学起。把这种方法用于“分离脑”的猴子身上，也发现有时候猴的这一侧脑占优势，采取这一种行为。有时猴的那一侧脑占优势，采取另一种行为。
斯佩里由这一发现联想到脑机制的一系列问题：“在完整的脑中胼胝体担负两大半球活动的整合吗？它的用途是向每个大脑半球不断报告关于另一边正在做什么吗？当两半球被分开时，它们实际上独立到什么程度？它们能分开思想甚至有分开的情绪吗？这样，斯佩里就从发现问题转入研究问题，从神经胚胎学研究转向动物和人的“分离脑”研究，时间从20世纪50年代初开始。可以说这个转向是他揭开大脑功能之谜的第一步。
1950年，斯佩里及其同事从鱼脑的一侧到旯尸侧的学习迁移的显微外科研究中得到启示，并于1952年用同样的方法作猫的“分离脑”实验研究。这类实验可简述如下：（1）切断动物的视交叉，将一只眼睛盖住，由另一只眼睛学习视觉辨别；（2）在辨别训练之后，将盖住的眼睛打开，将“受过训练的眼睛”盖住；（3）动物表现出通过“未训练的眼睛”很快地完成辨认的学习。但是，当实验重复进行到第二阶段时，动物反应表现为好像它从未见过以前学习过的问题，即胼胝体的分离阻止了记忆和从一侧半球到另一侧半球的学习的传递。动物需要长时间地用第二只眼去学习辨别，像它原先用第一只眼时一样。当用一只眼解决问题时，动物能正常反应，并且学会完成一个任务。当盖住这只眼把同一问题给另一只眼呈现时，动物表现出对问题没有认识，而且必须用这个半球对问题再从头学起。
这一发现表明：“当割断大脑两半球之间的联接，每个半球就像一个完整的脑一样独立地起作用。”斯佩里通过一系列实验还表明：“每一个半球都具有知觉、学习及认识系统。”
20世纪60年代初，美国加州医学院的沃格尔和博根从斯佩里施行过分离脑外科手术的猴子能够迅速复原的发现中得到启示，对一些屡发性重症癫痫病人试行切除大脑连合部手术，以将疾病控制于一侧脑半球。手术取得了意想不到的成功，它即使癫痫限于一侧半球，又使患者减轻发病时的剧痛，而病人的语言表达能力、计算能力、语言的逻辑性、言语、记忆，性格及保持令人惊异的完整程度。由于“分离脑”病人的视觉传人信号并不相混，每个半球的功能均保持完整无损，这就为大脑两半球的功能研究提供了前提和条件。
斯佩里由“分离脑”手术成功联想到：能否用隔离信息处理的方法来研究人脑两半球的功能呢？于是，斯佩里就利用“分离脑”病人这一特殊的实验对象进行一系列的心理测试，从而揭示了大脑两半球具有高度特化的功能。
动物的脑和人的脑，动物的心理和人的心理既有必然的联系又有本质的区别。通过对动物脑和人脑，动物心理和人的心理的比较研究，可以科学地揭示两者之间的联系和区别。例如，巴甫洛夫及其助手们利用狗做了大量的生理心理实验，为探索人的心理规律开辟了道路，提供了依据。同样，斯佩里先将猫的视交叉、胼胝体作外科手术分离，然后分别使左、右眼解决问题。他发现猫的每个半球像一个完整的脑一样，可以进行相当独立的感知觉、学习和记忆。
斯佩里用猴子来作类似的实验，同样发现，猴子有时这一侧半球占优势，采取这一种行为，有时那一侧脑半球占优势，采取另一种行为，它两种不同人格合为一体一样。因此，“每个半球可以产生不同的记忆模式，都能够表演不同的辨别任务。”斯佩里总结动物分离脑研究结果时指出：“大脑各半球似乎是一个独立的智能区域，他们是在完全不管——的确是完全没有意识到另一半球中发生什么情况下工作的。这种分离大脑的动物在实验情况下表现出来的行为仿佛它有两个完全独立的脑子似的。”他在动物分离脑的研究中所得到的科学发现是引导他揭开人脑之谜的关键性一步。
从20世纪60年代初开始，斯佩里将动物分离脑的基本方法应用到“分离脑”病人身上。例如，让“分离脑”人用左眼注视一个美元符号（＄），而用右眼注视一个问号（？）。当要求他用左手画出他所看到的东西时，他很快地画出了美元符号，但当问他看到什么东西时，他却立即回答说：“是一个问号。”让“分离脑”人右手握某一物时，他能叫出物体名称并描述它。
而当同一物体握在左手时，却不能用言语来表述它，但能够在非逼言的测验中确认它，如将它与各物品组合中的同样物体配对。
实验证明，正像斯佩里于50年代在动物分离脑的研究中发现的那样：“每个被分离的半球都似乎有它自己的、独立的、具有自身的感知觉、学习与记忆经验的认识领域。”就这样，斯佩里通过比较实验将分离脑动物和分离脑人在脑功能方面的相同之处揭示了出来。
斯佩里还精心设计，对人脑的左半球和右半球作了大量的比较实验，令人叹服地揭示了左右半球在功能上的差异性和互补性，从而使人们对大脑这个微妙世界有了更新、更深入的了解。