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。
斯佩里通过大量的比较实验所取得的科学发现，解决了长期悬而未决的科学之谜，突破了许多传统的理论，科学地解释了大脑功能的高度专门化。斯佩里的科学发现的重大意义体现在以下几方面。
一是确立胼胝体的传递功能，证伪“胼胝体无作用说”。胼胝体是连接大脑两半球的神经束，对于他在脑功能活动中有无作用问题，在一个相当长的时期内一直悬而未决。斯佩里通过比较实验揭示，分离的两半球各有独立的知觉、学习与记忆经验的认知领域，胼胝体并不是像传统观点认为的那样，“只是脑的支持物”，而是起着两半球之间传递信息的决定性作用。这样，肼胝体在完整大脑中的作用终于由斯佩里弄清楚了。
二是发现了右半球优势功能，匡正右半球劣势观点。斯佩里及其同事对“分离脑”病人进行的一系列单侧性试验，表明大脑左半球长于语言和计算。大脑右半球虽不擅说写，但对语言和字义仍有相当的理解。它对空间的识别，对音乐、艺术、情绪的感知，则优于大脑左半球。大脑左半球习惯做逐步分析，右半球偏向于整体直观。这两种不同的感受和思维功能分工合作，相辅相成，令人不禁感到造化之妙。总之，斯佩里关于许多较高级的功能集中在右半球的新发现，有力地匡正了盛行一百多年的左半球是优势半球的传统观念。
三是辩证地提出意识的分离和统一，反对右半球无意识的观点。斯佩里从分离脑病人的研究中，发现分离的两半球各自具有较高的认识能力，似乎每一侧分离大脑半球都有它自己的精神状态，每一侧半球与另一侧的意识经验明显地断离着。例如，让分离脑病人同时看两幅图片，一是雪景，一是鸡爪，分别投射到右左半球，另给八幅卡片，要求分离脑病人根据每个半球所获得的信息用手指指出最好的选择。实验结果，雪景投射到右半球，病人用左手指铁铲的图片；鸡爪投射到左半球，病人用右手指鸡的图片。当要求病人对每一种选择叙述理由时，他以说话的方式解释一把铁铲和一只鸡的选择：“鸡爪长在鸡身上，铁铲去清扫雪。”在这种评论性试验中，即使受试者不能非言语性地确认左视野，也很少作出一种刺激的回答，这主要是右视野——左半球阻挡了来自另一半球的反应。
科学研究的目的是要达到对研究对象的本质的、规律性的认识，而这种认识最终要以理论的形态体现出来。美国芝加哥大学的维姆萨特曾在一篇论文中指出：“斯佩里的学说（指心——脑相互作用论）是与他的经验性研究紧密结合，并且是用这些研究来说明的，其中尤其是‘分离脑’的研究导致了他的理论的实现。”
斯佩里一方面立足于20多年分离脑研究中的科学新发现，以此作为建立新学说的科学依据；另一方面试用系统理论来解释意识的起源和发展，脑和精神的因果关系。脑以及神经原的组织结构和特性功能等问题，提出了心理——脑相互作用理论。
斯佩里认为，意识是脑过程的突现特性，“只有在大脑高层次活动中突现出来的某些动力的整体特性才是意识现象。”精神事件是因果性的，而不只是相关性的。高层次的精神下向控制低层次的神经生理。在他看来，脑犹如一个巨大的突现新现象的发生器，它所突现出来的新现象对低层次的活动施行着由上至下（即向下性）的控制。同时，脑与精神是同一个连续层次中的不可分割的部分。脑的次原子元素向上经过分子、细胞、神经回路直至具有意识特性的脑过程等，是一个由下向上的因果性和决定性反之，高层次的意识现象又对低层次的神经生理以至神经细胞等施行下向性控制，这就是心——脑相互作用。
斯佩里还认为，在正常情况下，胼胝体将两侧半球的意识功能联结成为一个单一的统一过程。因此，胼胝体的活动成了意识事件的一部分。大脑两半球被分离时，意识经验也随之被分离，结果形成了两个独立意识领域。大脑两半球各有自己专门化的高级功能，右半球在音乐鉴别、空间辨别、图象识别以及情感表达等方面优势于左半球。大脑两半球在功能方面既有独立性又有互补性。在正常状态下，大脑两半球紧密地结合得如同一个单位而进行工作，而不是一个开放着另一个闲置着。两半球的意识活动时刻处于相互影响、相互作用之中。
两侧半球的意识可作为更高的突现实体，因为“它不仅超过左脑和右脑的意识之和，而且对于思想和行动具有直接的超越的力。”
斯佩里在脑——意识研究方面的发现和论证，对行为主义者的假说作了有力的驳斥，对机械的还原论的学说也作了抨击，对二元论的观点也作了批判，使得70年代对精神和脑关系问题从原先的非因果关系的，心身二无论的观点转变为一种新的因果关系的、相互作用的解释。这是一个重要的转折，用斯佩里的话来说：“发生了心理学的革命。”因而，斯佩里的“心理——脑相互作用论”在70年代受到了哲学家、心理学家及教育学家的推崇。
斯佩里在大。脑高级功能方面的新发现经历了一个长期的、艰苦的探索过程，它始于本世纪40年代的神经胚胎学研究，基于50年代的动物“分离脑”研究，成于60年代的人“分离脑”研究。他以令人信服的科学事实，揭示了人脑两半球功能的高度特化，修正了流行100多年的“左半球优势于右半球”的传统观念，并提出了心——脑相互作用假说。
斯佩里之所以能够在研究大脑两半球功能分工上作出如此重大的科学贡献，关键在于他着力把握实质性问题，善于选择突破口，巧妙设计实验方案，精心进行实验，既有研究总方向，又有阶段性目标，是一个连续探索、不断发现的过程。他的科学发现模式可概括为：问题——实验——证伪——假说。即从知识背景中善于找出问题，然后精心设计实验步骤，再依据实验所得之科学事实，证伪传统的理论，提出新的假说。
为了研究大脑两半球的具体的高级功能，斯佩里独辟暖径，采用了与传统的研究方法迥然不同的“隔离法”，即利用切断大脑两半球之间的通路（胼胝体）的特殊的解剖情况，在确保左、右脑半球功能完好无损的状况下，使左、右脑半球各自处理输入的信息互不交往，以此来确定大脑两半球的具体的高级功能。这是他能够成功地揭开大脑两半球之谜的关键性一步。
科学研究是一个不断探索未知的过程，科学的发现是历史的和逻辑的发展的必然产物。
具有丰富的科学知识和敏锐的洞察力的科学家往往可以从一个问题开始，寻根溯源，不断深入，由此导致接二连三的新发现，甚至引起科学上的革命，斯佩里的科学发现过程正是如此！