新模型准确描述COVID-19波和高原:添加随机自然社会活动的传统模式,图匹配波和高原地区的美国经济数据

模型显示COVID-19将流行,坚持像流感和普通感冒

COVID-19大流行已经在更长的时间比许多人预期的最初几个月。世界已经密切关注其发展,感染率测量图表在巨浪,有时锥形扩展高原,而不是像传统的流行病学模式消失会建议他们应该。与此同时,科学家们一直致力于更好地理解管理的波和高原动力学因素COVID-19的传播,能够更好地预测未来在这个大流行和暴发流行。最早流行病学模型开发了一个世纪前代表疾病的传播非常简单的来说,在人群中不占任何变化,无论是生理或社会。在过去的二十年里,流行病学已经包含这些类型的变量,而仍然假设每个变量保持不变。

现在,一组科学家已经开发了一个流行病学模型,包括个人社会交往的随机性和动态变化,以及个体差异在社交网络的大小。研究小组报告说,这个新大幅度的随机动态因素总是会产生波浪或高原的感染如看到整个场的模型还占个人的改变他们的社会行为基于知识的当前的感染率。新模型,基于团队的早期的发现今年4月发表在《美国国家科学院院刊》上是根据经验数据进行验证来自四个美国地区采用COVID-19疫苗之前。模型进一步告诉我们,COVID-19可能这里据说显示了一个明确的路径成为全球人口的流行,就像普通感冒或流感。

这些结果在线发表在2021年12月14日,《华尔街日报》的问题eLife。

很好理解,COVID-19感染是面对面的社会交互的函数的频率面对面的交互或甚至只是时间与其他的人在一个房间里的变量决定了两个人的捕捉COVID-19的可能性,与病毒感染他人的能力。但社交网络的复杂性和每个人的不一致的水平的社会活动随着时间的推移,很难将这个因素集成到预测流行病学模型。同时,现代近距离数据的可用性等设备的射频识别,蓝牙,wi - fi,除了社交网络跟踪通过数字通信的可能性,可以提供新的见解如何社交网络和活动驱动COVID-19传染疾病的传播。

在当前的工作中,科学家们在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室,加州大学圣地亚哥分校(UCSD),和伊利诺伊大学香槟分校(伊利诺斯)开发了一种随机社会活动(SSA)模型,它们成对传统流行病学模型。随机这里指个人社会活动被随机的和不可预测的,不过一个变量能被捕获在数学方程通过平均出随着时间的概率分布。SSA灵感来源于真实世界的观察基于距离数据,像任何个人的社会活动往往在短时间尺度发生破裂,中间较长的时间恢复到平均水平持续的社会活动。

新的SSA模型建立在研究者的先前发表的工作显示“群体免疫”的概念并不适用于COVID-19大流行,因为这种类型的集体免疫疾病是短暂的。相反,出现的是一个脆弱的和临时的集体免疫状态,他们创造了“短暂的集体免疫力”(TCI)。这工作早些时候个体异质性生物和个人社会活动水平在一个参数称为“免疫因子”。

第一作者阿列克谢Tkachenko物理学家的理论和计算集团中心的功能纳米材料(CFN),美国能源部科学办公室用户设施布鲁克海文实验室,说目前的工作在流行病学模型解决了一些长期存在的问题。

“我们的新模型描述三个现象:为什么在大流行期间,波停止;如何进步速度几乎不变,形成一个高原;为什么新病原体实际上与我们保持永久,进入所谓的流行状态,”他说。“这是一个古老的神秘的流行病学。介绍了经典理论告诉我们,当一个新的病原体,它最终会杀死被感染群体免疫了足够多的人,除非生物免疫是非常短暂的。但即使在长期生物免疫的情况,我们解释了场景的新病原体保持特有的人口。”

谢尔盖·马斯洛夫的说法,伊利诺斯生物工程和物理学和幸福教师教授学者,说团队的工作显示了COVID-19流行国家实际上是保证。“我会很惊讶如果没有和我们住在一起的未来,“断言马斯洛夫。

马斯洛夫,他还拥有一个约会卡尔·r·伍斯基因组生物学研究所,CFN用户布鲁克海文实验室,说这项新研究完成团队推出了4月的故事。

“当前的研究仍在继续之前的社交网络的传统工作和充实了结束时的一个想法我们介绍了这篇论文。社会活动水平不仅仅是不同的对于不同的人来说,但不同每个人作为时间的函数。在这篇文章中,我们考虑不仅对人们之间的差异在他们的社会网络的规模,而且个人社会活动在不同时间尺度的变化。我们发现一个简单的方法来制定它所以我们可以很容易地获取这些动力学的一个数字。和这个数字基本上告诉你多少异质性社会活动有助于减少疫情,或很快将达到峰值。”

SSA模型,科学家们代表的复杂性人口异构社会动力学的一个简单的数学描述,封装感染率最高的真实世界的观察发生在活动水平最高。添加SSA传统流行病学建模技术,团队的模型反映了真实的进展COVID-19四个美国地区他们比较,提供精确的感染率波的发展随着时间的推移和高原。Tkachenko和马斯洛夫进行了逐项计算新模型。基于代理计算机模拟应用这些方程是由伊利诺斯州最近的物理学博士研究生通王,现在是哈佛大学医学院的博士后研究员。新利足球18新利在线娱乐官网

18新利在线娱乐官网新利足球伊利诺斯州名誉物理学研究教授奈杰尔•Goldenfeld现在总理的杰出的加州大学圣地亚哥分校的物理学教授指出,“这个工作有趣的一件事是,我们意识到,最简单的模型我们可以写下随机社会活动包括这样一个事实:人们的行为最终恢复他们的单独海损活动。这看起来就像方程数学描述金融利率的行为,所以我们可以用我们的经验与金融数学在这个流行病学背景。另一个很酷的例子跨学科科学!”

Tkachenko总结:“我们的工作是解决这个社会提供一个全面的模型也考虑到疫苗的影响,封锁,和新变种。众所周知,有三个主要因素,可以引发一波。一是引入的一个新变种病毒,另一个是社会活动的季节性变化,三是解除封锁等缓解气候变化的努力。这些是三个公认机制占波如何开始。在我们的工作,我们发现有些小的影响,即使你不做任何事情,有可能是感染的第二波基于个体水平的社会活动的差异。”

马斯洛夫补充道,“我们提供的是另一个因素导致大流行的动态,由多个波。在我们的例子中,我们的电波是专门的变化引起的个人时间上水平的社会活动。每个人都在这个平均水平波动的活动。在这种情况下,活动水平的波动导致重大变化在疫情的传播波和高原。”

在出版之前,目前的工作综述了由哈佛大学的流行病学教授马克Lipsitch哈佛大学的传染病动力学中心的创始人(CCDD)和科学主任,美国疾病控制和预防中心(CDC)的新中心和疫情预测分析。

Lipsitch发表在评论当前的工作”,这是一个优秀的和优雅的例子在流行病学理论所能做的最好的:需要一个普遍观察到的现象,是一种“尴尬”(我的话),目前的理论;提出了一种简洁的解释是合理的现象通过扩展现有的理论在一个特定的方式;,使一个看似合理的理由解释机制的重要性关键特性的数据。在这种情况下,尴尬的现象是长期的缓慢变化的发病率和患病率,和修改理论是社会异质性的动态。这将刺激进一步在这个领域工作。祝贺作者。”

这项研究是由美国能源部科学办公室,伊利诺伊大学系统办公室,校长办公室的研究和创新,工程学院遍布全球,伊利诺伊大学香槟分校物理系。布鲁克海文国家实验室是由美国能源部科学办公室。科学的办公室是在物理科学基础研究的最大支持者在美国和正在努力解决一些最紧迫的挑战。欲了解更多信息,请访问https://energy.gov/science。给出的结论不一定是研究者和资助机构。

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