1947 年秋， Levi-Montalcini 接受 Viktor Hamburger 教授的邀請前往美國參加他的工作，并重復她自己許多年前在雞胚上所做的實驗，這是 Levi-Montalcini 一生中的重要轉折點，后來她在自傳中如是寫道。 在關鍵的實驗中，她和 Viktor Hamburger 證實了與保留完整的肢芽的雞胚相比，去除雞胚的肢芽將導致更多的感覺神經元死亡。
在中樞神經系統的發育過程中，神經細胞也發生正常死亡。 Hamburger 后來證實在胚胎發育過程中在雞脊髓外側運動柱中生成的運動神經元約有一半是注定要死亡（凋亡）的。而且，在類似于對感覺神經節的那些實驗中， Hamburger 發現運動神經元的死亡數量可因去除靶細胞而增加或因外加肢芽而減少。所以肌肉靶的大小對脊髓運動神經元的存活是極為重要的。神經元過度生成過程后的死亡幾乎發生在中樞和周圍神經系統的任何部位。
Hamburger 和 Levi-Montalcini 的上述發現促使他們提出了神經營養因子（ neurotrophic factor ）的假設，這個假設認為發育中的神經元所支配的靶細胞可產生和分泌一種數量有限的但又是必需的營養性物質或營養因子，而這種營養性物質或營養因子可在神經末梢被攝取，那些不能獲得適量神經營養因子的神經元將會死亡（凋亡）。根據這一假設，最終 Levi-Montalcini 和她在 Hamburger 實驗室的同事生物化學家 Stanley Cohen 一起成功分離了神經生長因子（ nerve growth factor, NGF ）。在這個過程中，有兩個重要的事件值得一提。