Hubel和Wiesel在20世纪50至60年代对猫的研究揭示，视皮层神经元通过整合来自丘脑的非方向选择性神经元信息，来解码物体的方向（水平、垂直或介于两者之间）。这一诺贝尔奖级的工作为视觉科学奠定了基础。然而，在其他物种中，这一过程仍不明确。例如，后续研究曾指出，小鼠的丘脑神经元表现出方向选择性，这与Hubel和Wiesel的模型存在差异，引发了学界的争议。

一项最新小鼠研究通过对皮层神经元上的单个突触进行成像，并在视觉处理过程中区分来自丘脑和邻近皮层的输入，成功解决了这一长期存在的争议。研究揭示，进入初级视皮层（V1）的丘脑信号不具备方向选择性，但来自皮层其他区域的信号则有。这有力地证实了方向选择性确实发生在视皮层。

纽约州立大学视光学院生物与视觉科学教授Jose Manuel Alonso（未参与此项研究）评论道，这是首次“在几乎能看到所有接收丘脑输入的树突棘的水平上，绘制出丘脑感受野位置图谱”的研究。“这简直美得令人难以置信。”Alonso补充说，Hubel和Wiesel的方向选择性模型“在进化过程中得到了保留”。艾伦研究所研究员Anton Arkhipov（未参与此项研究）也表示：“在小鼠中，从丘脑到V1的通路确实按照Hubel和Wiesel所设想的方式组织。”

新研究通过谷氨酸成像和光遗传学操控，观察到丘脑神经元对视频中交替出现的黑白线条的各种方向均表现出广泛响应。重要的是，研究发现丘脑皮层连接通过钙成像未能显示出显著响应。Alonso指出，这可能对过去和未来的研究产生深远影响。“如果你对测量小鼠视觉中丘脑输入到皮层感兴趣，你不能使用钙成像。你必须使用谷氨酸成像。”此外，“所有基于钙成像所做的假设都必须重新审视。”该研究的作者之一，现慕尼黑大学博士后研究员Kloos也证实：“我们确实没有通过钙成像观察到这些典型的丘脑输入。”

只有当Kloos及其同事使用谷氨酸成像时，丘脑皮层突触的活动才得以显现。研究人员还利用光遗传学发现，视皮层中具有方向偏好的突触涉及皮层其他区域的神经元，而非丘脑神经元。这种方向选择性也影响了突触的位置：具有相似方向偏好的皮层突触倾向于在视皮层神经元的树突上聚集。另一方面，丘脑输入对所有刺激方向均无偏好地响应，并均匀分布在整个树突上。

根据Hubel和Wiesel的模型，方向选择性源于丘脑细胞输入的组合：当光线照射到感受野中心时激活的ON-center感受野，以及当感受野中心黑暗时响应的OFF-center感受野。Kloos将所有丘脑输入在一个V1神经元上的感受野进行映射，发现ON-center和OFF-center感受野排列成一个椭圆形，与该神经元的偏好方向完全匹配。这一模式在其他五个神经元中也得到了验证。“如果你有一个以精确方向移动的条形刺激，你将同时完美激活所有丘脑皮层突触，这确实可以驱动细胞放电，”Kloos解释道，“这与Hubel和Wiesel的假设完美契合。”

但他补充说，仍有许多未知之处。Kloos指出，即使是新研究关注的V1第四层，也存在更多细胞类型，例如不同亚类的抑制性神经元。他认为，最终，该领域需要全面了解连接丘脑和V1的所有细胞类型。Arkhipov表示：“他们的发现非常重要，具有基础性。它证实了许多人认为正在发生的事情，但它仍然没有提供一个真正完整的图景。”

关于丘脑皮层突触的激活为何不产生突触后钙事件，以及这可能对学习意味着什么，Kloos也提出了疑问。他推测，例如，视觉刺激可能只激活AMPA受体而非NMDA受体（后者对钙离子不通透）。“这可能意味着这些突触非常稳健，它们不需要经历任何可塑性。”对于视觉研究人员而言，Kloos表示：“这也意味着所有通过钙成像完成的突触成像都是完全没问题的，完全正确的。只是你可能会遗漏一些东西。”