Merkmalsdetektoren sind spezialisierte Neuronen im visuellen Kortex, die selektiv auf spezifische Merkmale eines Reizes reagieren – Kanten einer bestimmten Orientierung, Bewegungen in eine bestimmte Richtung oder Winkel einer bestimmten Größe.

David Hubel und Torsten Wiesel entdeckten diese Zellen im primären visuellen Cortex von Katzen und Affen. Einfache Zellen reagieren am besten auf einen Lichtstreifen mit präziser Ausrichtung und Position; komplexe Zellen reagieren auf dieselbe Ausrichtung in einem größeren Bereich und oft auch auf Bewegung. Spätere Stufen der visuellen Bahn enthalten Detektoren für komplexere Merkmale, darunter Gesichter und Objekte. Die hierarchische Struktur ermöglicht es dem System, aus elementaren Merkmalen komplexe Repräsentationen zu bilden.

Die Merkmalserkennung beschränkt sich nicht auf das Sehen. Analoge spezialisierte Zellen existieren auch im auditorischen und somatosensorischen Kortex. Dieses Konzept trug dazu bei, Wahrnehmungstheorien von holistischen Modellen hin zu einem analytischeren, auf Bausteinen basierenden Ansatz zu verschieben. Spätere Arbeiten zeigten, dass Kontext und Top-down-Einflüsse auch die Reaktionen selbst früher Merkmalsdetektoren prägen.

Wenn das visuelle System eine vertikale Kante oder eine sich bewegende Kontur registriert, sind die Merkmalsdetektoren die ersten Zellen, die dies melden.