Тем временем Джон Пол Нейф, наставник Грейма в университете Кларка, стал деканом факультета психологии в университете имени Вашингтона в Сент-Луисе. Освободившаяся ставка Нейфа в университете Кларка была предложена Грейму, но поскольку он уже стал членом ННС, Грейм почувствовал себя обязанным остаться в Пенсильванском университете. Помимо участия в совете, у Грейма была другая причина для того, чтобы продолжать там работать. Этой причиной был Кеффер Хартлайн. Хартлайн, получивший степень магистра в институте Джонса Хопкинса (известного американского финансиста и филантропа XIX века), приехал в Фонд Джонсона в конце весны после трех лет занятий физикой в институте Джонса Хопкинса и в Мюнхене. Трудно было бы найти для совместной работы более подходящих людей, чем Гранит и Хартлайн — будущих лауреатов Нобелевской премии.
Летом 1931 года Грейм работал с Хартлайном над проблемой одноволоконной активности зрительного нерва камчатского краба (Limulus) в Вудс Хоул, штат Массачусетс. Остальную часть учебного 1931–1932 года Грейм посвятил изучению экспериментальной методики и оборудования, а также продолжению работы по различению колеблющегося света («мерцаний») в прерывистых световых раздражителях.
Первоначальный интерес Хартлайна к камчатскому крабу основывался на предположении, что в нем невральные сигналы, поступающие от одного зрительного рецептора, могут регистрироваться в отдельных изолированных волокнах, на которых не отражается взаимодействие с сигналами от других рецепторов. Однако зарегистрировать сигнал от отдельного волокна было не так просто. Грейм наблюдал за тем, как Хартлайн безуспешно пытался выделить отдельное волокно из большого пучка, и предложил «вычесать» это волокно с помощью тонкой стеклянной иглы. Хартлайн попробовал использовать этот метод, и ему удалось достаточно успешно провести весь эксперимент. Однако сам Грейм так и не смог заставить этот метод работать.
Предположение о том, что активность единичного волокна зрительного нерва не будет испытывать влияния взаимодействия с другими волокнами, оказалось ошибочным. Последующие исследования предоставили чрезвычайно важную информацию о процессе латерального ингибирования. Эта работа в значительной мере предопределила дальнейшие исследования, связанные с изучением глаз низших позвоночных и млекопитающих.
Тем временем в университете Кларка Мерчинсон, ставший деканом факультета психологии, решил сохранить должность Нейфа для Грейма вплоть до окончания периода его членства в научно-исследовательском совете. Задержка с его возвращением позволила подготовить исследовательские лаборатории и приобрести оборудование для продолжения работы в университете Кларка.
Грейм вернулся в университет Кларка в июле 1932 года и остаток лета посвятил подготовке исследовательской и учебной программы. Помимо вводного курса, он должен был вести занятия по экспериментальной психологии, физиологии восприятия, избранным дисциплинам высокого уровня и количественному анализу. Последний из перечисленных курсов базировался на исследованиях в области физиологии, которые Грейм проводил в Пенсильванском университете совместно с профессором X. М. Джекобсом. Это был первый в своем роде курс по экспериментальной психологии для аспирантов, большинство из которых имели мало опыта работы с использованием количественных методик. Этот курс помог им получить достаточное представление о дифференциальных уравнениях, вычерчивании по точкам и другим математическим приемам, используемым при обработке данных, в частности, при оценке точности различных теоретических формул.
Среди студентов, работавших с Греймом после его возвращения в университет Кларка, были Р. X. Браун, Гарри Карн и Элейн Форакер. В это время там был также Э. Х.(Эдди) Кемп, студент, работавший под руководством Уолтера Хантера. Кемп и Грейм стали близкими друзьями. В 1934 году, после получения степени, Кемп остался в университете еще на один год для проведения исследований в области физиологии вместе с Хадсоном Хоугландом. Однако значительное время он проводил, работая с Греймом. Кемп и Грейм вместе ходили на свидания — Эдди с Элейн Форакер, ставшей позднее его женой, а Грейм с Хелин Ирвин, работницей патронажа центральной городской больницы Вустера.
Хотя Кеми и Грейм были очень разными, они оставались друзьями в течение всей их карьеры.
В своей записанной на магнитофон автобиографии Кемп (1987) рассказывает о том, как они доставали подопытный материал для эксперимента, который они с Греймом проводили на голубях, исследуя у них спектральную чувствительность сетчатки глаза. Голуби любили садиться на дымовую трубу здания, в котором размещалась лаборатория, и Кеми добывал нужных ему птиц, закрывая отверстие в трубе одной рукой и отлавливая их другой, когда они пытались вылететь через единственное остававшееся свободным отверстие. Как указывает Кемп, Грейм не был склонен к столь опасной работе.