病毒式传播：新模型显示人类行为如何影响大流行趋势

在首例 COVID-19 病例到达美国近四年后，研究人员希望更多地了解是什么影响了病毒爆发和传播的不同速度。一个问题特别引起了全国各地一组研究人员的兴趣：为什么世界各地的 COVID-19 死亡率差异如此之大，尽管实施的政策没有那么不同？

“大流行源于人类互动的复杂系统，系统工程的很大一部分是学习如何开发复杂系统的模型，以便我们做出更好的决策，”格拉多工业与系统工程系副教授Navid Ghaffarzadegan说。“在大流行的头两年，这是一个重大难题，因为我们在处理同一种病毒，政府正在实施类似的政策，不同国家的人们平均在做同样的事情，但不同国家的死亡率仍然有很大差异。在一些国家，人们的死亡人数是其他国家的100倍。我们想知道，’为什么会这样？

答案既简单又复杂：人类行为。这个不可预测但至关重要的难题是 COVID-19 预测模型中经常缺少的。在美国国家科学基金会的资助下，Ghaffarzadegan与工程、科学和健康学科的研究人员团队合作，进行了更深入的研究。

“以前建模的缺点之一是缺乏人类行为的建模变化。人们不是被动的。他们看到周围的风险并改变他们的行动。很难预测人们未来的行为方式，因此传统上，研究人员忽略了对这一组成部分的建模，“Ghaffarzadegan说。“我们现在正在做的是模拟流行病期间的人类行为，并增加人类的反应能力和行为成分。

以响应能力为起点，Ghaffarzadegan和他的团队创建了数学模型，用于研究影响响应能力的人类行为方面，例如风险感知和对预防措施的遵守。他们发现，人们评估风险和威胁的认真程度和速度是理解为什么类似的政策导致如此不同的结果的关键。他们的论文介绍了这些发现，于2023年12月发表在Health Affairs上。

解锁 COVID-19 预测的密码

对于Ghaffarzadegan和他的研究团队来说，使用建模解决与COVID-19相关的复杂难题并不是什么新鲜事。自 2020 年以来，他们在传染病建模方面的研究为弗吉尼亚理工大学及其他地区的决策提供了信息。2021 年，Ghaffarzadegan 的大学 COVID-19 模型帮助大学官员做出降低 COVID-19 风险的决定。虽然模型并不总是人们反应的完美表示，但它们是理解复杂系统以及决策和预测的有用工具。

“建模只是表示世界上关系的一种方式，”领导这项研究的Tse Yang Lim说，他是哈佛大学陈曾熙公共卫生学院传染病动力学中心的博士后研究员。“我们使用数学方程式通过观察现象、估计变量和获取数据来理解因果关系。然后，我们使用这些数据来建立模型，因此当涉及到COVID时，我们可以提出一些问题，例如有多少人会被感染，有多少人会在一定时间内死亡，等等。

Lim补充说：“然后，我们可以使用来自现实世界的数据，了解不同国家在不同时期报告的感染和死亡人数等，以估计人们的行为方式。

该团队的模型是通过收集有关个人和群体行为的数据并构建算法来捕获这些行为背后的基本模式而开发的。通过预测潜在结果，这些模型使公共卫生官员能够做出最佳决策，以确保人们的安全。

“通常，当我们问诸如 COVID 如何传播之类的问题时，这些方程式中会有很多值、数据和数字。这可能非常复杂。在这项研究中，我们特意使用了一个简单的模型，而不是一个更复杂的模型，这样我们就可以提炼出核心思想：当爆发和COVID数量上升时，人们会减少接触。他们采取了更多的预防措施，但有一个延迟，因为报告这些数字需要时间，“Lim说，”随着死亡人数的增加，人们相互接触并因此可能传播疾病的速度将随着人们采取更多的预防措施而降低。但是，他们之间的接触会以多快的速度减少呢？这将取决于响应能力的这种行为参数。

了解这种关系是研究团队现在正在研究的。最终，当死亡人数上升时，数据显示人们最终会改变他们的行为，即使他们最初没有遵循指导方针或抵制在日常生活中做出重大改变。

“为了让我们知道人们对未来的流行病或大流行病的反应，我们必须收集有关人类如何应对不同情况的信息，”Ghaffarzadegan说。“例如，是什么可能导致我们选择戴口罩？什么可能导致人们因依从性疲劳而提前结束隔离？当错误信息传播时，这对决策有何影响？简而言之，我们的研究涉及人类行为模型与流行病模型的耦合。

四年后与COVID相关的决策

尽管限制已经放宽，但 COVID-19 仍在继续传播。事实上，COVID-19 病例目前正在上升，许多社区的发病率与 2022 年冬季相似。Ghaffarzadegan说，我们可以预期COVID-19将继续传播。

“COVID-19 已成为一种新常态，也是我们生活中常规的一部分。我们可以预期未来几年会出现新的病毒变种，病例和住院人数会起伏不定，尤其是随着气温升高而上升的季节性模式。用这些模式调整我们的生活方式至关重要，“Ghaffarzadegan说。

COVID-19建模和预测将继续成为政策制定者和个人使用的重要工具，以帮助人们在预防当前和未来疾病传播方面做出更好的决策。

“现在是反思和学习的时候了，在这方面，我们可以提供新的理论，说明是什么让一些社区在应对大流行病方面比其他社区更成功，”Ghaffarzadegan说。“科学家们正在积极开发新药，作为一个社会，我们正在适应这种新常态，希望有一个更健康的未来。