Исследователи разрабатывают математическую модель, предсказывающую закономерности распространения болезней.

Last Updated on 07.05.2021 by Perelomanet

На раннем этапе пандемии COVID-19 представители здравоохранения воспользовались отслеживанием контактов как наиболее эффективным способом предвидеть миграцию вируса из начальных густонаселенных горячих точек и попытаться сдержать его распространение. Тем не менее, несколько месяцев спустя инфекции были зарегистрированы одинаково почти во всех регионах страны, как в городских, так и в сельских.

Группа инженеров-экологов, обеспокоенная необычайным объемом данных, регулярно публикуемых окружными агентствами здравоохранения на протяжении всей пандемии, начала исследовать новые методы описания происходящего на местах таким образом, чтобы не требовалось получение информации о передвижениях или контактах людей. .

В статье, опубликованной 6 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences , они представили свои результаты: модель, которая предсказывает, где болезнь будет распространяться от вспышки, по каким схемам и как быстро.

«Наша модель должна быть полезной для политиков, потому что она предсказывает распространение болезни, не вдаваясь в подробные детали, такие как личная информация о поездках, которую может быть сложно получить с точки зрения конфиденциальности и которую сложно собрать с точки зрения ресурсов», — пояснил Сяолун Гэн. доцент кафедры экологической инженерии в NJIT, который построил модель и является одним из авторов статьи.

«Мы не думали, что высокий уровень вторжений сработает в Соединенных Штатах, поэтому мы искали альтернативный способ составить карту распространения», — отметил Габриэль Катул, заслуженный профессор гидрологии и микрометеорологии Университета Дьюка Теодора С. Койла и соавтор. автор.

Их числовая схема отображала классическую модель эпидемии SIR (вычисления, основанные на разделении населения на группы восприимчивых, инфекционных и выздоровевших) на шаблон агломерации населения. Их расчеты близко соответствовали многофазным эпидемиям COVID-19, зарегистрированным в каждом штате США.

«В конечном счете, мы хотели бы разработать модель прогнозирования, которая позволила бы нам определить, каким будет вероятный результат, если государство предпримет (конкретное) действие», — добавил Катул.

Нанося на карту все данные, еженедельно публикуемые окружными агентствами здравоохранения, исследователи также обнаружили, что болезнь распространилась по стране аналогичным образом, от крупнейших городов до мельчайших деревень.

«Горячие точки с высоким уровнем заражения, рассредоточенные внутри регионов, где инфекции оставались спорадическими, были повсеместными в начале вспышки, но пространственная сигнатура инфекции эволюционировала и затронула большинство регионов в равной степени, хотя и с различными временными моделями», — пишут авторы.

«Мы задавались вопросом, было ли распространение — в пространстве и времени — предопределенным, или же была пространственная изменчивость, связанная с местной политикой», — сказал Эли Боу-Зейд, профессор гражданской и экологической инженерии в Принстонском университете и соавтор. «Мы обнаружили, что распределение обычно пропорционально численности населения».

Когда в марте прошлого года сработала тревога, было уже поздно, отметили авторы.

«Вирус не удалось изолировать. В то время как супермагистрали заражения — воздушные рейсы — были сокращены, болезнь распространилась на местном уровне из города в город», — сказал Мишель Буфадель, профессор инженерной экологии , директор Центра природных ресурсов в NJIT и соответствующий автор исследования. «Использование стандартных мер предосторожности в виде маскировки и дистанцирования недостаточно, если вокруг много людей. Все равно будут проводиться суперпредставительные мероприятия, когда соберутся 5-10 человек».

По его словам, их модель позволяет им отдельно изучить два основных движущих механизма пандемии: людей, принимающих превентивные меры, такие как социальное дистанцирование и ношение масок, а также местную и государственную политику по закрытию или открытию общественных мест.

«В этом случае государства не многому научились друг у друга, и это затруднило формирование иной тенденции», — отметил Бу-Зейд.

Как инженеры-экологи становятся экспертами по пандемии?

«Есть много общего между всплесками числа случаев и всплесками энергии, обнаруживаемыми при турбулентном перемешивании», — сказал Буфадель.

Оцените статью
PerelomaNet.ru
Задайте вопрос