In de afgelopen twee decennia, grootschalige uitbraken van infectieziekten hebben geleid tot hoge morbiditeit, sterfte, en de algemene economische last voor de getroffen regio's. Naarmate complexe netwerken steeds populairdere studiemiddelen worden, onderzoekers passen netwerktheorie toe op het gebied van epidemiologie. Vanwege de overvloed aan ziektegerelateerde gegevens die beschikbaar zijn via verschillende media, De gedragsreactie van een individu op en communicatie van een epidemie hangt af van het patroon van de informatiestroom in een afzonderlijk maar gerelateerd netwerk. Als resultaat, wiskundige modellen van de reacties van mensen op uitbraken van ziekten zijn belangrijke instrumenten in epidemiologische analyse.

In een artikel dat volgende week verschijnt in de SIAM Journal on Applied Mathematics , Mengfeng zon, Michaël Klein, Shui Shan Lee, en Xinchu Fu gebruiken een concreet interactiemodel in gedoofde multiplexnetwerken om het verband tussen adaptief menselijk gedrag en de verspreiding van epidemieën te bestuderen. Ze baseren hun model - dat deze factoren illustreert als afzonderlijke lagen in de netwerken - op een standaard vatbaar-geïnfecteerd-vatbaar model. Door zijn algemeenheid is het toepasbaar op een breed scala van scenario's voor de volksgezondheid.

Leden van een getroffen populatie baseren hun gedragsreacties meestal op informatie die is verkregen uit de massa en sociale media, fysieke ontmoetingen in hun sociale en ruimtelijke buurten, en algemene observaties. "Traditioneel, infectieziektemodellen hebben menselijk gedrag als constant, wat inhoudt dat ze niet fluctueren volgens ziekte-incidentie of een kenmerkende tijdschaal, ' zeiden Sun en Fu. 'Echter, de ontwikkeling van moderne technologie biedt een groot gemak voor de communicatie van menselijk gedrag, inclusief persoonlijke gesprekken, e-mail uitwisselingen, telefoongesprekken, en andere soorten interacties in verschillende netwerkfora." Mensen nemen preventieve maatregelen op basis van deze directe of indirecte relaties, zowel om zichzelf te beschermen tegen infectie als om het risico op verdere overdracht van ziekten te verminderen. Dergelijke maatregelen omvatten beperking of eliminatie van tijd buitenshuis, meer aandacht voor handen wassen en persoonlijke hygiëne, en beperkt contact met buren en andere burgers.

Eerdere studies met complexe interactiemodellen hebben bewustzijn ingedeeld in drie categorieën:lokaal bewustzijn, wereldwijde bewustwording, en contactbewustzijn. Echter, Zon et al. classificeer het in twee alternatieve categorieën:(i) adaptief gedrag dat voortkomt uit bewustzijn en (ii) overdracht van gedragsinformatie (de verspreiding van bewustzijn zelf). "Ons werk valt binnen het kader van netwerkgebaseerde modellen, en we gebruiken een nauwkeuriger netwerkconfiguratie (gedoofde multiplexnetwerken) om de overdracht van een infectie te modelleren, Sun en Fu zeiden. "Deze configuratie omvat het samenspel van epidemische verspreiding, informatieoverdracht, en gedragsdynamiek." De auteurs configureren deze multiplexnetwerken in twee lagen. Eén laag is verantwoordelijk voor terugkerende fysieke contacten, zoals collega's, familieleden, vrienden, klasgenoten, en buren; interactie met deze groepen kan infectie verspreiden. De tweede heeft betrekking op virtuele contacten:kennissen op Facebook, Twitter, of andere online sociale netwerkplatforms; communicatie met deze groep is niet fysiek en kan dus niet actief infectie verspreiden.

Wanneer mensen zich bewust worden van een epidemie, adaptief gedrag en de overdracht van gedragsinformatie vinden gelijktijdig plaats, met transmissie die voortdurende aanpassing aanmoedigt. Voor de doeleinden van hun model, Zon et al. focus op het effect van adaptief gedrag op het infectiepercentage. De ziektegerelateerde communicatie van individuen verandert het gedrag gestaag totdat het een optimale beschermende staat bereikt. Dergelijk gedrag is het resultaat van de verspreiding van informatie over de epidemie, in plaats van de epidemie zelf. Het is meestal consistent of kuddeachtig, omdat mensen vaker beschermend gedrag met hun buren communiceren wanneer zich een epidemie manifesteert om zichzelf te beschermen. Een hogere adaptieve kracht correleert met een lager risico op infectie.

"Door rekening te houden met meerdere dynamische processen tegelijk, ons model beschrijft niet alleen nauwkeurig de werkelijke verspreiding van epidemieën in complexe netwerken, maar karakteriseert ook de interacties tussen de overdracht van sommige epidemieën (zoals verkoudheid, seizoensgriep, knokkelkoorts, Zika, enz.) en het bijbehorende menselijke gedrag, " Sun en Fu zeiden. "We vinden ook dat gedragsbeheersing voor sommige individuen de snelheid verhoogt waarmee de epidemie de neiging heeft stabiel te worden en de snelheid van collectieve synchronisatie, en vermindert ook aanzienlijk de waarde van de hoogste piek van de prevalentie van de infectie. Dit suggereert dat onze epidemische bestrijdingsstrategie vanuit het perspectief van gedragsbeheersing zeer valide is."

Om hun model te testen, de auteurs passen het toe op een uitbraak van ernstig acuut respiratoir syndroom (SARS), een besmettelijke en gevaarlijke ziekte van de luchtwegen. Omdat er momenteel geen vaccins zijn voor SARS, volksgezondheidsmaatregelen zijn primair verantwoordelijk voor de bestrijding ervan. Zon et al. focus op twee soorten kleine preventieve maatregelen van de meest recente uitbraak:voorzorgsmaatregelen voor overdracht (d.w.z. gebruik van beschermende uitrusting (zoals handschoenen) en aandacht voor persoonlijke en milieuhygiëne) en contactvoorzorgsmaatregelen (minimalisering van de tijd doorgebracht in openbare ruimtes). De beslissing van een persoon om deze maatregelen te nemen, hangt af van de ernst van de uitbraak. De auteurs creëren een wiskundig model dat SARS-transmissie omvat, gedragsevolutie, en regulering van openbare instellingen. Elk individu in een getroffen gebied krijgt een van de vier mogelijke toestanden toegewezen:vatbaar, asymptomatisch, symptomatisch, of hersteld.

"De analyse suggereert dat een snelle gedragsreactie, een combinatie van volksgezondheidsmaatregelen, en de regulering van openbare instellingen voor bepaalde sleutelpersonen (degenen met meer connecties) kan de uitbraak van SARS effectief beteugelen door cumulatieve infecties en sterfgevallen te verminderen en het reproductieve aantal te verminderen, " Sun en Lee zeiden. Preventief gedrag was vooral effectief tijdens de vroege stadia van de epidemie, en het bereiken van de optimale preventieve toestand voor alle individuen leidde tot snelle inperking. uiteindelijk, zowel farmaceutische als niet-farmaceutische maatregelen waren verantwoordelijk voor totale controle.

Omdat fabrikanten bij het uitbreken van een epidemie niet meteen vaccins of gerichte medicijnen beschikbaar kunnen stellen, regeringen, volksgezondheidsautoriteiten, en/of massamedia adviseren de bevolking doorgaans over de juiste maatregelen voor optimale zelfbescherming en verminderde gevoeligheid of besmettelijkheid. Het toegenomen bewustzijn van burgers van de kracht van adaptief gedrag geeft onderzoekers en artsen de tijd om vaccins en behandelingen beschikbaar te stellen.

"De numerieke resultaten laten zien dat individueel adaptief gedrag veroorzaakt door het uitbreken van een epidemie de verspreiding van de infectie kan vertragen, de uiteindelijke omvang van de epidemie verlagen, en kan in sommige gevallen voorkomen dat de infectie wijdverbreid wordt, " zei Small. "Deze resultaten geven ons een alternatief idee om te begrijpen waarom sommige infecties geen grote uitbraken veroorzaken of de epidemische drempel bereiken zonder immunisatiebeleid of quarantaine- en isolatiemaatregelen voor het hele grondgebied."

Zon et al. hopen realistische gegevens over menselijk gedrag op te nemen om meer praktische en toepasbare modellen te formuleren. They plan to specifically investigate the effects of drastic control measures—such as isolation, vaccination, and treatment—and the impact of the time delay between when individuals become aware of an outbreak and when they modify their behaviors. Tot dan, their current model identifies several methods through which individuals can protect themselves and their neighbors from emerging epidemics.