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Sperry begann seine Forschung über Spalthirne Ende der 1950er Jahre, um die Funktion des Corpus callosum zu bestimmen. Er stellte fest, dass Menschen mit einem abgetrennten Corpus callosum keinen signifikanten Funktionsunterschied zu Menschen mit intaktem Corpus callosum aufwiesen, obwohl ihre Hemisphären aufgrund der Abtrennung des Corpus callosum nicht kommunizieren konnten. Sperry postulierte, dass es große Konsequenzen aus dem Schneiden der Gehirnstruktur geben sollte, da der Corpus callosum, der die beiden Gehirnhälften verband, groß war und eine wichtige Funktion haben muss. Damals wusste er, dass jede Hemisphäre des Gehirns für die Bewegung und das Sehen auf der gegenüberliegenden Seite des Körpers verantwortlich ist, so dass die rechte Hemisphäre für das linke Auge verantwortlich war und umgekehrt. Deshalb entwarf Sperry Experimente, in denen er sorgfältig überwachen konnte, was jedes Auge sah und somit welche Informationen an jede Hemisphäre gingen.

Sperry experimentierte mit Katzen, Affen und Menschen. Seine Experimente begannen mit Split-Brain-Katzen. Er schloss eines ihrer Augen und präsentierte ihnen zwei verschiedene Blöcke, von denen einer mit Nahrung versehen war. Danach schaltete er die Augenklappe auf das andere Auge der Katze und legte das Futter unter den anderen Block. Die Katze merkte sich diese Ereignisse separat und konnte die Blöcke mit offenen Augen nicht unterscheiden. Als nächstes führte Sperry ein ähnliches Experiment mit Affen durch, ließ sie aber beide Augen gleichzeitig benutzen, was durch spezielle Projektoren und Lichtfilter möglich war. Die Split-Brain-Affen merkten sich zwei sich gegenseitig ausschließende Szenarien in der gleichen Zeit, in der ein normaler Affe sich eines einprägte. Sperry kam zu dem Schluss, dass mit einem abgetrennten Corpus callosum die Hemisphären nicht kommunizieren können und jede als einziges Gehirn fungiert. Sperry ging zu menschlichen Freiwilligen über, die einen abgetrennten Corpus callosum hatten. Er zeigte einem der Augen ein Wort und stellte fest, dass sich Split-Brain-Menschen nur an das Wort erinnern konnten, das sie mit ihrem rechten Auge gesehen hatten. Als nächstes zeigte Sperry den Teilnehmern zwei verschiedene Objekte, eines nur mit dem linken Auge und eines nur mit dem rechten Auge und bat sie dann, zu zeichnen, was sie sahen. Alle Teilnehmer zeichneten mit dem linken Auge, was sie sahen, und beschrieben, was sie mit dem rechten Auge sahen. Sperry kam zu dem Schluss, dass die linke Hemisphäre des Gehirns Sprache erkennen und analysieren könnte, während die rechte Hemisphäre es nicht könnte.

In den 1960er Jahren, als Sperry seine Spalt-Hirnforschung am Menschen durchführte, untersuchten mehrere Wissenschaftler die Lateralisation des Gehirns, die Idee, dass eine Hemisphäre des Gehirns einige Funktionen besser ausführen kann als die andere Hemisphäre. Die Forscher wussten jedoch nicht, für welche Aufgaben jede Seite des Gehirns verantwortlich war, oder ob jede Hemisphäre unabhängig voneinander agierte.

Sperry beschreibt seine Forschung an Katzen in dem 1961 veröffentlichten Artikel "Cerebral Organization and Behavior". Um zu testen, wie sich das Schneiden des Corpus callosum auf Säugetiere auswirkt, schnitt Sperry das Corpus callosum von mehreren Katzen ab und ließ sie einige Aufgaben ausführen, die ihr Sehen und ihre Reaktion auf einen visuellen Reiz betrafen. Nachdem er jedes cat´s Corpus Callosum durchtrennt hatte, bedeckte er eines der cat´s Augen, um zu überwachen, mit welchem Auge die Katze sehen konnte. Sperry konnte die Augenklappe von einem Auge zum anderen wechseln, je nachdem, welches Gesichtsfeld die Katze benutzen sollte. Als nächstes zeigte Sperry den Katzen zwei Holzblöcke mit unterschiedlichen Designs, ein Kreuz und einen Kreis. Sperry legte das Futter für die Katze unter einen der Blöcke. Er lehrte die Katzen, dass, wenn sie die Blöcke mit einem Auge, zum Beispiel das rechte Auge, sahen, das Essen unter dem Kreisblock war, aber wenn sie es mit dem linken Auge sahen, war das Essen unter dem Block mit einem Kreuz. Sperry lehrte die Katzen, zwischen diesen beiden Objekten mit den Pfoten zu unterscheiden, indem er den richtigen Holzblock wegdrückte, um das Futter zu holen.

Als Sperry die Augenklappe entfernte und die Katzen mit beiden Augen sehen konnten, führte er das gleiche Experiment durch. Als die Katzen beide Augen benutzen konnten, zögerten sie und wählten dann beide Blöcke fast gleich. Das rechte Auge verbindet sich mit der linken Hemisphäre und das linke Auge mit der rechten Hemisphäre. Sperry vermutete, dass, da er den Corpus callosumin dieser Katzen geschnitten hatte, die Hemisphären nicht kommunizieren konnten. Wenn die Hemisphären nicht kommunizieren konnten und die Informationen von einem Auge nur zu einer Hemisphäre gingen, dann würde sich nur diese Hemisphäre daran erinnern, welcher Block normalerweise Nahrung darunter hatte. Daraus schloss Sperry, dass sich die Katzen an zwei verschiedene Szenarien mit zwei verschiedenen Hemisphären erinnerten. Er vermutete, dass die Katzen technisch gesehen zwei verschiedene Gehirne hatten, da ihre Hemisphären nicht interagieren konnten und so taten, als ob die andere nicht existierte.

Sperry führte ein ähnliches Experiment mit Affen durch, bei dem er auch deren Corpus callosum schnitt. Er wollte testen, ob beide Hemisphären gleichzeitig funktionieren können, obwohl sie nicht verbunden sind. Das erforderte die Trennung der Gesichtsfelder oder die Sicherstellung, dass das rechte Auge einen Kreis sah, während das linke Auge ein Kreuz sah, wie im Katzenexperiment, aber ohne Augenklappe, und beide Augen würden gleichzeitig etwas sehen, anstatt zwischen den offenen Augen zu wechseln. Sperry löste das mit zwei Projektoren, die schräg nebeneinander aufgestellt waren und sich gegenseitig ausschließende Bilder zeigten. So zeigte beispielsweise der Projektor auf der rechten Seite einen Kreis auf der linken Seite und ein Kreuz auf der rechten Seite, während der Projektor auf der linken Seite ein Kreuz auf der linken Seite und einen Kreis auf der rechten Seite zeigte. Sperry stellte spezielle Lichtfilter vor jedes der monkey´s Augen. Die Lichtfilter machten es so, dass jedes Auge die Bilder von nur einem der Projektoren sah. Das heißt, eines der Augen sah den Kreis rechts und das Kreuz links, während das andere Auge das Kreuz rechts und den Kreis links sah. Aus seinen Experimenten mit Katzen wusste Sperry, dass es keinen Informationsaustausch zwischen der rechten und der linken Hemisphäre gab, also ließ er die Affen zwei verschiedene Szenarien gleichzeitig merken.

Sperry kam zu dem Schluss, dass beide Hemisphären des Gehirns zwei verschiedene, umgekehrte Probleme gleichzeitig lernten. Er bemerkte, dass die Spalt-Hirn-Affen zwei Probleme in der Zeit lernten, dass es einen normalen Affen brauchte, um eines zu lernen, was die Annahme unterstützte, dass die Hemisphären nicht miteinander kommunizierten und jeder als einziges Gehirn fungierte. Das schien ein Vorteil der Kürzung des Corpus callosum zu sein, und Sperry fragte, ob es Nachteile für das Verfahren gab.

Sperry führte die nächsten Experimente an menschlichen Freiwilligen durch, die ihren Corpus callosum zuvor aufgrund äußerer Faktoren, wie z.B. Epilepsie, durchtrennt hatten. Sperry bat Freiwillige, mehrere Tests durchzuführen. Von seinen früheren Experimenten mit Katzen und Affen wusste Sperry, dass die eine, im Gegenteil, die Hemisphäre des Gehirns nur analysieren würde. Sperry testete dann die Funktion der rechten Hemisphäre. Er bat die Teilnehmer desselben Experiments, die sich nicht an das Wort erinnern konnten, weil es sich im linken Gesichtsfeld befand, die Augen zu schließen und das Objekt mit der linken Hand zu zeichnen, bedient von der rechten Hemisphäre, der er das Wort präsentierte. Die meisten Menschen konnten das Bild des Wortes, das sie sahen, zeichnen und es erkennen. Sperry bemerkte auch, dass, wenn er das Wort zweimal dem gleichen Gesichtsfeld zeigte, die Person es als ein Wort erkennen würde, das sie sah, aber wenn er es den verschiedenen Gesichtsfeldern zeigte, dann wüssten die Teilnehmer nicht, dass sie das Wort vorher gesehen hätten. Sperry kam zu dem Schluss, dass die linke Hemisphäre nicht nur für die Artikulation der Sprache, sondern auch für das Verständnis und die Erinnerung an sie verantwortlich ist, während die rechte Hemisphäre Wörter nur erkennen, aber nicht artikulieren konnte. Das unterstützte die bisher bekannte Idee, dass sich das Sprachenzentrum in der linken Hemisphäre befindet.

In seiner letzten Experimentserie am Menschen zeigte Sperry ein Objekt auf dem rechten Auge der Teilnehmer und ein weiteres Objekt auf dem linken Auge. Sperry bat die Freiwilligen, das, was sie sahen, nur mit der linken Hand und mit geschlossenen Augen zu zeichnen. Alle Teilnehmer zeichneten das Objekt, das sie mit dem linken Auge sahen, gesteuert durch die rechte Hemisphäre, und beschrieben das Objekt, das sie mit dem rechten Auge sahen, gesteuert durch die linke Hemisphäre. Das stützte Sperry´s Hypothese, dass die Gehirnhälften getrennt als zwei verschiedene Gehirne funktionierten und die Existenz der anderen Hemisphäre nicht anerkannten, da die Beschreibung des Objekts nicht mit der Zeichnung übereinstimmte. Sperry kam zu dem Schluss, dass, obwohl es keine offensichtlichen Anzeichen einer Behinderung bei Menschen mit einem abgetrennten Corpus callosum gab, die Hemisphären nicht kommunizierten, so dass sie die volle Funktion des Gehirns beeinträchtigten.

Sperry erhielt 1981 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Split-Brain-Forschung. Sperry entdeckte, dass die linke Hemisphäre des Gehirns für das Sprachverständnis und die Artikulation verantwortlich war, während die rechte Hemisphäre ein Wort erkennen, aber nicht artikulieren konnte. Viele Forscher wiederholten Sperry´sf Experimente, um die Split-Brain-Muster und die Lateralisierung der Funktion zu untersuchen.