大脑机能一侧化的研究，过去主要采用临床观察法。但是在脑损伤时出现的机能障碍，远不是单因素的，所以在观察中看到的很多矛盾现象不好解释。最近二、三十年建立了一些新的技术方法以弥补观察法的不足。其中一些方法是无创性的，可以在正常人中进行，因而有关大脑两半球机能不对称研究的大量资料不仅来自病人，还来自正常人。
在正常被试中研究得较多的是视知觉和听知觉。利用速视器半边视野刺激术和同时双听技术，根据被试对到达左或右半球视或听知觉刺激的反应速度和准确性，证明了特定的半球对特定的知觉类型具有优势。例如以视知觉而言，根据许多作者的研究总结，右半球边视野优势（即刺激到达左半球）是各种言语材料；左半边视野优势（即刺激到达右半球）则为点的数目和位置、深度知觉／线条斜度、面部再认和形状再认等材料。以听知觉而言，右耳优势（即刺激到达左半球）为言语材料和人声再认；左耳优势(即刺激到达右半球)为曲调、环境声音、两个卡嗒声的阈限和音高模式。根据Bryden(1973)的看法，在正常人中重复上述一些研究结果有时是很困难的，因为待控制的因素很多。
使用一侧电休克的方法发现：一切语言信号的发现和理解都是左半球的功能，当左半球机能被电休克暂时抑制时，语言的知觉严重困难，言语活动下降、语言材料的记忆破坏，表现各种失语症状，对语音的选择性注意被破坏等等。在言语方面无论是元音还是辅音的选择性都变得很困难。当右半球机能暂停时被抑制时出现很多有趣的现象，例如信号源的空间定向力被破坏了，非言语信号的辨认（如物体发生的声音）遭到破坏，音乐旋律的知觉再认几乎不可能，言语交往中抗干扰能力下降，音调辨认不能，形象记忆破坏，不能辨认男人和女人的嗓音，也不能控制自己说话时的声调与重读音节。尽管如此，言语兴奋性却大大提高了。
使用这一方法还发现，两侧半球对人的情绪状态起着不同的作用。当右半球机能暂时被抑制时，情绪高涨、欣快、言语增多；而左半球机能暂时被抑制时，则情绪低落、沉默无语、自卑、自罪等。
用一侧麻痹法即Wada技术，使一侧半球暂时处于麻痹状态，发现大脑语言优势半球并不依赖于右手或左手，并发现音乐的知觉是右半球的功能，而意识活动是和语言优势半球联系着的，暂时阻断两半球的联系，可以引起情绪状态的变化等等。
比较左、右两半球脑电活动的情况也是研究大脑一侧化现象有希望的途径。不少研究已经表明：两半球对言语和非言语刺激的视、听诱发电位存在着差异，并且这种诱发电位大多是某种心理机能而不是刺激本身所引起。在与语言有关的实验中右半球比左半球呈现较少的诱发电位（较少的α波），而在与空间有关的实验中则表现相反的情况。这一现象虽然早在1959年就被发现，但直到七十年代才被重视起来，并用于研究两半球语言专门化和其他认识机能的问题中去。
上述左、右两半球机能专门化的研究结果究竟是量的，还是质的，还是量的质都存在差异，至今尚无一致的答案。Milner(1974)认为大量的神经科学和神经心理学的研究表明：在两个半球的相对应区域之间，既存在差异也存在相似，也就是两半球在心理机能上是互相补充的专门化。Benton则认为：优势表示两半球机能的不对称性，也就是两半球以不相等的程度提供各种特殊机能。理论上对某一特殊机能的不相等程度可能是绝对的（即一侧半球唯一地调节此机能），也可能是相对的（即一侧半球在调节此机能中较为重要）。绝对的不相等是罕见的，更为经常的关系是相对的不等。所以有些作者宁愿说一侧半球具有某一特殊机能而不说它是优势半球。Levy（1974）总结了机能不对称的证据后断定，人的大脑两半球存在于共生的关系中，活动的能力与动机是相互补充的。脑的某一侧能够完成和选择完成一定的认知作业，而脑的另一侧对这一作业感到困难或者不喜欢，或二者兼之。考虑到二套机能的性质，看来它们可能在逻辑上是不相容的。右半球综合空间，左半球分析时间。右半球知觉形状，左半球则知觉细节。右半球将感觉输入译成表象，左半球则译成言语描述。右半球缺乏语音的分析器，左半球则缺乏完形的综合器。所以谈到大脑机能不对称性的问题，应该更多地看到两侧半球相互补充、相互制约、相互代偿的一面。各种心理机能的完整反应都是两侧半球协同活动的结果。
在割裂脑病人身上所进行的实验，进一步证实了大脑两半球协同活动的重要性。由于裂脑人的每一侧半球都能独立地对外界刺激起反应，使人们对于左右半球的机能，特别是右半球的机能有了更深刻的认识。当裂脑病人用右手摸到一个物体时可以叫出它的名字，而左手摸则不能命名，但可以指出写着该物体名字的卡片。当把一个图形呈现于病人的左半视野时，也就是信息传至右半球时，病人可以用左手在屏幕下摸出图形上的物体，但叫不出它的名字。左手拿过的物体，右手不能再认。反之亦然。要求病人用左手书写是很难实现的，而用右手书写则毫无困难。另一实验中向病人的左半视野呈现一问号，向右半视野呈现一美元符号，问病人看见什么时，他回答说一个美元符号，要他用左手写出他看到了什么时，病人画出了一个问号。将10以内的算术题如3×4，10÷2，呈现于病人左半视野，他不能算出结果，甚至根本不理解数字的意义，说明主管计算的是左半球。当要求用左手临摹和绘画时病人毫无困难，但用右手很难完成这一任务。同样，要求病人用右手把一些部件拼成一个图形时也会出现困难。说明在空间知觉上右半球起主要作用。图27－1是要求一个裂脑病人用红白两色积木块拼成按图形所示的模型，这一实验是波士顿退伍军人医院的E.Kaplan做的。从图中可见，右手不能复制出所示模型，左手虽能复制出正方形的结构，但内容却异。也就是每只手的的失误频率相等，但失误类型却大不相同。结果显示大脑每侧半球都能产生一套单独的技术来完成这项任务。这一发现与两半球对各种机能有专门化区域的其他证据相一致。同时也显示无论那一侧半球都不能够单独地分析所示模型，它们必须协作，相互补充。
图27－1 裂脑病人按模型所示用左、右手所搭积木式样
近年来，我国医学界也开展了切断胼胝体的裂脑手术，在治疗顽固性癫痫方面获得了成功。病人术前所呈现的孤僻、暴躁、打人、毁物等异常行为明显改善。我国神经心理学家对这些裂脑病人进行了神经心理学的研究，发现病人的图形构筑能力发生障碍，获得了类似Kaplan的实验结果。过去认为：大脑顶叶的损害，特别是顶－枕联合区的损害能使病人图形构筑能力丧失，现在在病人顶叶和顶－枕联合区完好无损的情况下，切断胼胝体部和部分压部，阻断了左、右两半球顶叶和顶－枕联合区的纤维联系，同样发生图形构筑障碍的结果，说明完整的图形构筑能力是两半球该区域协同活动的结果。
此外，新近的研究（1988）还发现，胼胝体切断长度不同对两半球的协同活动有影响。在执行一手触摸字形或几何图形并用另一手书写汉字或画出图形的任务时，因同时涉及触觉、视觉和运动觉三个通道并须通过胼胝体的信息传递方能完成这一操作，故一例顽固性癫痫病人因其胼胝体被切断较另一例多0.5厘米，就很难完成任务。尤其是当非优势脑认知文字和优势脑认知图形时，由于失去对侧优势脑（文字认知）和非优势脑（图形认知）的有力支持后，则不能完成任务。
对切除一侧半球而存活的半脑人所作的实验结果进行分析，使人们对两半球的相互分工、补充、节制和代偿活动有了更为深刻的认识。按理，总的智力水平与大脑内神经元的总量有直接的关系，大脑半球任何部分的损伤都有可能表现相应的高级机能的丧失。从理论上讲，丧失半个脑子必然会导致深度痴呆，而实际上往往并不是这样，右利病人在其左半球切除后仅表现严重的失语症，而无一般的痴呆；而右半球切除后仅产生知觉能力的高度缺陷，言语机能和抽象思维相对地保持完整。
国内报道了一例顽固性癫痫人作了右侧大脑半球（包括右侧部分基底节）切除术，手术于1966年5月施行，14年后（1980年）对病人进行了一系列神经心理学测查。结果表明，病人左半球代偿了一部分右半球的机能，如音乐旋律的感知、颜色的辨认、真实人面的认知、具体环境的空间定向，皆较好地保存，不存在对左侧物体忽视的现象。病人完全依靠左半球工作和生活。由于左半球是语言的优势半球，虽然在非语言形式的认知和空间关系上有一定程度的障碍，但能象正常人那样胜任一般简单工作，进行日常交往活动，愉快地生活在人群之中，并能因工作认真而受到奖励（见专栏27－3）。
大脑半球切除的病人大都患脑瘤，因复发常见，死亡率高，术后存活时间不长，故作神经心理学检查，以研究术后脑机能丧失和代偿问题的文献是不多的，特别是左侧语言优势半球被切除，鲜有存活两年以上者（C.W.Burklund 、A.Smith,1977）。Smith（1966）曾对一侧左半球切除的病人作了7个多月的连续观察和检查。术后病人立即出现了预期的右侧瘫痪、右侧偏盲和严重失语。但以后却发现病人的言语机能能持续恢复。如果相信左球在语言机能上起优势作用，应该是完全丧失。Smith认为：“由于说、读、写和语言理解继续改善，显然由于右半球在所有这些机能上起了一份作用，尽管比例不同。”同时还发现病人在Porteus迷津测验中存了学习的能力，病人还能解答抽象和具体的数学问题，并且在非语言的较高级智力机能测验中接近正常人的结果。
右侧非语言优势半球被切除后，存活时间较长，且肿瘤较少复发，因而对它的研究文献较多。根据多数作者的报告，病人的智力无明显损害，但存在特殊的非语言缺陷，与视觉空间机能有关的测验分数都明显不正常。
综合正常人、半球损害人、裂脑人、半脑人所表现的大脑两半球机能不对称的各项研究结果，可以概括为：人脑的机能是高度专门化的，左半球机能具有分析的、抽象的、继时的、理性的和主题的特征；右半球机能具有全息的、具体的、同时的、直观的和同格的特征。左半球在语言和与语言有关的概念、抽象、逻辑分析能力上占优势；右半球则在空间知觉、音乐绘画等整体形象、具体思维能力上占优势。两个半球好象是两套不同类型的信息加工系统，它们相辅相成、相互补充、相互制约、相互协作，以实现人的高度完整和准确的行为。
专栏27－3 大脑右半球切除十四年后对某些高级机能的观察
病例，患者黄××，男性，30岁，工人，因顽固性癫痫大发作于1966年3月21日住入昆明医学院附属医院脑系科。幼时常发烧，3岁时发现脾气怪，经常癫痫发作。9岁上小学时发现左脚不灵活，上课时思想紧张就抽动。10岁以后发作频繁，少则一日2次，多则6～7次。读书至小学三年级，因智力差和癫痫发作而停学，易发脾气和与人争吵。1964年至门诊治疗，仍未控制发作（每月10多次）。于当年5月5日在全麻插管下作右半球全切除术，手术后一直在家休养，未再上学，一年停服癫痫药，癫痫发作明显减少，约1～2个月发作一次。到1973年（23岁时）曾在附近小杂货铺作临时工，卖了三个月的东西，帐目没有错，后至造纸厂工作，初为裁纸工（机器裁纸），至1979年改任仓库保管。因工作表现好，从不迟到、早退和缺勤，假日期间一直值班，先后得过数次奖励。上小学时爱唱歌，术后因感到心里比过去明白多了，心情愉快，更爱唱歌，怪脾气大大减少。每日步行上班，路程约半小时。家居偏僻小巷，从大街至家须绕9个小胡同，但病人夜间摸黑回家从未走错过。1980年9月即术后14年，对他作了详细的成套神经心理学测验和实验一共进行了24个项目。结果显示这位仅有左半球的人具有下列的心理特点：
1．对线条、几何图形或由线条勾划的实物图形的认知较差。在重叠图形测验中病人的成绩仅为对照组两个半球病人的三分之一强。在图片瞬时记忆中几何图形的成绩很差。在“第四例外”测验中实物图形的成绩与两个半球病人一样得满分，而几何图形的成绩仅为两个半球病人的一半。在画人测验中，一个半球病人仅能画出一个头部（图27－2）。
图27－2 一个半球与两人半球病人的画人测验
2．在右视野中汉字辨认成绩远远低于两个半球的，而几何图形辨认成绩最差。
3．左耳对普通话元音和辅音的辨识力远远不如两个半球的病人，而右耳的成绩较左耳好，特别是右耳对普通话元音辨认比两个半球的稍好。
4．对音乐旋律的辨认，左耳不如两个半球的病人，但右耳反较后者好。
5．识别时针较差，分不清时针与分针，不能识别别人的手表，自己的手表只能说出时针数。
6.对颜色的选择和同色归类，一个半球病人做的和两个半球病人的一样好。
7.手指叩击运动速度较两个半球病人略差（87.4:94.05）。在连线测验中，比两个半球病人多花9倍的时间完成作业。
8．形色分类测验表现有思维持续现象，不能从形状转移到颜色。
根据病人所表现的上述特点说明了右半球的主要机能之一－视觉空间结构和抽象图形的认知遭到严重破坏，因此凡涉及与这些能力有关的智力作业，成绩都很差。病人额叶受损的现象，即呈现不能从一个概念转移到另一个概念的思维不灵活性，仍在许多测验中反映出来。但是，从另一方面也可以看到，右半球的另一些主要机能在切除右半球后并没有完全丧失，而是不同程度地保存，有的并不逊于两个半球的。这就是说，左半球代偿了右半球的这些机能。例如病人术前就喜欢唱歌，术后音乐旋律和节奏没有遭到明显破坏。一般来说，对音乐旋律的感受右半球比左半球好，而单有左半球者接受音乐旋律从绝对值来讲比两个半球病人的左半球要好。这就说明了大脑某一个专门化机能，例如音乐旋律的感知，虽然是右半球占优势，但是左半球也具有此机能。正常时两半球共同协作完成；当右半球丧失了这一专门化机能后，则完全由左半球代偿。
摘自：李心天等《大脑两半球的同活动：当右半球切除十四年后某些高级机能的观察》，心理学报，13卷2期，
在大脑不对称的研究中还发现存在性别差异。在家族性利手与语言机能一侧化的研究中发现，女人比男人更易成为右利手（R.J.Andrews,1977）或者男人成为左利手要比女人多（M.P.Bryden,1977），男人在言语作业中表现右耳和右侧视野占优势，即更多地依靠左半球，在非言语和空间作业中则更多地依靠右半球，而女人的空间机能则更多地依靠左半球（M.G.MeGee,1976）。在研究失语症的发生率和程度时，发现言语智力和记忆也有性别差异（J.MeGlone,1977）。左侧半球损害时男人患失语症的多三倍，言语困难的程度也大。男人呈现明显的言语智商缺陷而女人不论左侧或右侧损害仅表现轻度的言语智商下降。男人的言语记忆左侧损害比右侧损害要严重得多，而女人左侧损害时言语记忆障碍不甚明显。这些研究表明，女人两侧半球都有言语代表区，所以发生言语障碍时右利手男人要比右利手女人严重，反之，如果右半球损害，女人发生言语障碍的机会也会比男人多。
存在这种男女差异的可能性、有人认为一是解剖上存在不对称（J.L.Bradshaw等，1977）测量脑的颞平面时发现,女人右侧颞平面较大，表明可能与右半球语言优势有关。二是个体发育上存在差异：女人的神经生理和神经行为上的成熟比男人较快（Andrew,1977），男人在生理、言语方面成熟较慢，运动定位上也较慢，所以男人利手与语言机能偏向同一侧半球机会比女人要多些。这表明女人的脑机能偏向一侧化的现象不如男人（P.H.Wolff等，1977）。女人两半球等能（epuipotentiality）,特别是语言的等能比男人多见，某些语言介入右半球的机会女人比男人多，所以相对地女人右半球的视觉空间机能就比男人差些。
J.Levy和J.M.Levy（1978）发现两足大小的不对称与性别和利手有密切的关系:右利手男人的右足较大；右利手的女人则左足较大；在非右利手人中，情况正好相反。由于这种差异在不到6岁的孩子中已很明显，有理由认为胎儿性类固醇在控制大脑两半球以及足的不对称的成熟程度上起着关键作用。特别是在男人中高浓度的胎儿性类固醇不对称地加强了身体右侧的发育，在女性中低浓度的胎儿性类固醇不对称地加强了身体左侧的发育。
用脑电图和一侧知觉技术的研究表明：早在婴儿时期左半球就专门负责了语言机能，1岁时言语和非言语刺激所呈现的两半球差异和成人相似。用同时双听技术发现儿童早期就呈现明显的右耳优势，提示了大脑两半球的不对称性存在机能组织上的生物学基础。
对大脑半球解剖上不对称的问题，虽然有人发现人的颞、顶叶部分存在着左、右不对称。左侧外侧裂和颞平面较长，顶叶和后颞叶盖部（operculi）较大。但是直到1960年流行的看法还是：大脑半球解剖上的不对称性或是不存在或是范围有限，不影响大脑机能的不对称性。近二十年来经过研究证实，新生儿的脑就存在着这种解剖上的不对称性，甚至没出生的胎儿就存在着颞平面的不对称性（最早的在妊娠29周时就测量到了），可见它不是后天环境影响的结果。
最早发现的是成人左、右半球外侧裂的长度不同，若以后水平支（PHR）的平均长度来比较，左脑为58.2毫米，右脑为51.8毫米，若以后水平支与半球全长的比值来比较，则左脑比值为28，右脑为24.4。Ruben发现两侧外侧裂是一致的，直到中央沟2.5厘米处（已过了颞横回），右侧外侧裂向上直转，伸入顶下叶部分，而左侧外侧裂继续向后延伸。可见两侧外侧裂向后不仅是长度，还有向后弯的角度都有不同。左侧外侧裂向后终止愈长，则在其上面的顶盖部、在其下面的后颞盖部，以及在外侧内的颞平面就相应增大。近来又发现额叶Broca区附近的左右不对称（虽然不很明显），外侧裂伸入额下回的前支，左侧常为双支，而额叶盖部左侧大于右侧。颞平面（位于颞横回后上面部分，系左侧Wernike区的组成部分）左、右不对称比外侧裂的不对称更为明显。这样左、右半球颞平面的不对称在肉眼水平即可看出，左侧颞平面平均长度为3.6±1.0厘米，右侧颞平面为2.7±1.2厘米。左侧颞平面几乎比右侧颞颊长1厘米，面积大三分之一。颞平面的不对称发现所以引起重视，是因为有可能来解释左半球损害时所产生的Wernike失语现象。也就是说这些解剖上的不对称必须与机能联结起来方为可靠。最近用气脑造影的两侧比较，特别是CT扫描，提供了用不伤害人体的方法广泛研究大脑两半球解剖不对称的可能性。