对奇妙大脑的认识始于16世纪。
当时笛卡儿提出“心是一个，大脑为何是两个”这一问题以来，世界各国专家对大脑的研究始终没有停止过，理论和假说，不一而足，可谓智者见智，仁者见仁了。
解剖生理学和神经生理学研究最早的成果表明，人的大脑左右两半球呈镜面对称，通过由大约2亿条神经纤维组成的胼胝体进行频繁的信息交换。左右两部分神经呈交叉状，大脑左右两半各将相反一侧半身置于自己的管辖之下，躯体和四肢运动是由对侧大脑半球的运动区指挥的。
人的大脑被分为左脑和右脑两个半球，由此也引出许多疑问：大脑为什么要分两个半球，它们各自的功能有何不同？类似的疑问推动着脑科学研究的进展。
1836年，医生戴克思发表丧失语言是由于左大脑半球而非右大脑半球受到破坏所造成的报告。这一观察结果，在当时没有引起人们的广泛重视。直到25年之后的1861年，一位杰出的法国医生P·布罗卡才做了相同观察。他对一个能听懂他说话、口咽肌肉不瘫痪，而自己不能讲话的病人进行了遗体解剖。他在检查这个病人的大脑时，发现其大脑左半球有一处损伤。由此，布罗卡提出假设，大脑左半球额下回部是与言语生成有关的大脑皮层的一个专门区域，该区域的损伤会导致患者发音断断续续，或者虽然能说出话来，但不能组成有一定内容意义的言语。1874年，德国的生理学家C·维尔尼克发现，大脑皮层的另一个区域（在左半球颞叶后部）控制着言语的接收和理解。这个区域受损的患者无法理解别人所说的话，甚至完全不能分辨语音。上述两个皮层区域，被后人分别命名为布罗卡区和维尔尼克区。
在日常生活中，我们常常会发现，左脑受伤比右脑受伤出现的病状严重。如脑溢血患者，其在左脑出血时较之右脑出血时更易表现出丧失言语能力和神智模糊。这就清楚地表明大脑左右两半球在功能上是不同的。但究竟有何不同，人们仍说不清楚。
20世纪50年代，美国加利福尼亚技术研究院R·w·斯佩里博士和他的学生龙·迈尔斯开始在动物身上进行裂脑实验研究。当他们切断猫和猴子的两半球之间的全部联系时，吃惊地发现这些动物仍然很正常。更令人兴奋的是，他们发现可以训练两个脑半球以相反的方式去完成同一任务。
1962年，在美国洛杉矶的一家医院里，一位48岁的老兵患了严重的癫痫抽搐。癫痫抽搐是由于脑瘤、脑损伤等原因引起的，使人难以承受，甚至丧失知觉昏厥过去。当这位老兵还没有从一次发作中恢复过来时，往往又一次抽搐便已经来临。所有的治疗方法都用过了，在无计可施的情况下，医生约瑟夫·博根和P·J·沃格尔，进行了大胆的手术尝试，即切断大脑两半球的联系。由于癫痫抽搐正是通过这种连接反应扩散到整个大脑的，所以在医生切断了这位老兵的胼胝体后，剧烈的抽搐奇迹般地消失了。用这种方法随后又在数十个久治不愈的病人身上进行了同样的治疗，结果不仅减轻了抽搐症状，有的人甚至完全被治愈了。
经过多年对裂脑动物研究的斯佩里，遇到了这么多的裂脑人，这是一个千载难逢的好机会。他和他的学生开始对裂脑人进行了一系列的观察研究，设计了许多巧妙的实验。
从大脑两半球延伸出来的神经系统，在视神经处交叉，然后与相反方向的神经互相连接。所以，右眼看到的东西传导至左脑，而左眼看到的却传至右脑。不过，在一般情况下，由于有沟通左右脑的胼胝体起着传递信息的作用，所以，左右眼看到的并无差别。但是一旦切断胼胝体，断绝了左右脑之间的联系，右眼看到的就只能传导至左脑，左眼看到的只能传导至右脑。斯佩里博士想到了这一点。他对裂脑人进行了如下试验：在患者的面前立一道屏障，将左、右眼分离开来，分别将不同的物体和图画出示于左右眼的视野内，然后提问。
如向裂脑人左眼视野出示一个桔子后问他：“这是什么？”于是，由左眼得到的信息输入右脑，右脑立即判断出那是一个桔子。但是由于没有信息输入左脑，因此左脑不知道看到了桔子。
同样在右眼视野范围内出示一些简单的图形和画片让裂脑人画出，差不多都无法照原样画出来。这是因为判断图形的是右脑，而传入左脑的信息输送不到右脑，所以裂脑人就一无所知了。
斯佩里等对裂脑人进行的一系列实验研究，进一步揭示了大脑两半球功能的不对称性和右半球的许多高级功能。斯佩里为此获得了1981年诺贝尔医学和生理学奖。
实验研究发现了大脑左右半球具有两个相对独立的意识活动。“他们发现，大脑每一半球都有其自己独立的意识思想链和自己的记忆。更重要的是，他们发现大脑两半球基本上是以不同的方式进行思维的，左脑倾向于用语言进行思维，右脑则倾向于以感觉形象直接思维。”“大脑两半球具有一种合作关系，即左脑负责语言和逻辑思维，而右脑则做一些难以换成词语的工作，通过表象代替语言来思维。”具体地说，左脑主管抽象思维，同抽象思维、象征性关系和对细节的逻辑分析有关，具有语言的、分析的、连续的和计算的能力。右脑主管形象思维，与知觉和空间判断有关，具有音乐的、图像的、整体性和几何一空间鉴别能力，对复杂关系的处理远胜于左半球。
这种功能上的划分并不是绝对的，因为有些实验表明，右脑也存在一些语言中枢，在左脑中也存在一些视觉一空间能力控制中枢。所以只能说大脑两半球在不同功能上有各自的优势，也就是说，更擅长某些方面。在少数人身上，两半球这种功能还可能是对换的。就是说，存在于左半球的语言中枢、分析性思维由右脑控制，而整体性、形象性思维则由左脑控制。据统计，左利手者中有15％的人是这样的。
斯佩里博士关于裂脑人实验的一系列研究，应该说是划时代的。它使人们对大脑机能的认识大大前进了。