Tilfældige effekter er nøglen til at indeholde epidemier

For at kontrollere en epidemi, myndigheder vil ofte pålægge varierende grader af lockdown. I et papir i journalen Kaos , forskere har opdaget, ved hjælp af matematik og computersimuleringer hvorfor opdeling af en stor befolkning i flere underpopulationer, der ikke blandes, kan hjælpe med at dække udbrud uden at indføre kontaktrestriktioner inden for disse lokalsamfund.

"Nøgletanken er, at ved lave infektionsantal, udsving kan ændre epidemienes forløb betydeligt, selvom du forventer en eksponentiel stigning i antallet af infektioner i gennemsnit, "sagde forfatteren Ramin Golestanian.

Når infektionsantallet er højt, tilfældige effekter kan ignoreres. Men underopdeling af en befolkning kan skabe fællesskaber så små, at tilfældige effekter har betydning.

"Når en stor befolkning er opdelt i mindre samfund, disse tilfældige effekter ændrer fuldstændigt dynamikken i den fulde befolkning. Tilfældighed får højeste antal infektioner til at falde, "sagde forfatteren Philip Bittihn.

For at drille måden tilfældighed påvirker en epidemi, efterforskerne overvejede først en såkaldt deterministisk model uden tilfældige hændelser. Til denne test, de antog, at individer i hver subpopulation støder på andre i samme hastighed, som de ville have i den store befolkning. Selvom delpopulationer ikke må blandes, den samme dynamik observeres i den underopdelte befolkning som i den oprindelige store befolkning.

Hvis, imidlertid, tilfældige effekter er inkluderet i modellen, der sker dramatiske ændringer, selvom kontaktfrekvensen i delpopulationerne er den samme som i den fulde.

En befolkning på 8 millioner individer med 500 oprindeligt inficerede blev undersøgt ved hjælp af en infektiøs kontaktrate set for COVID-19 med milde sociale distanceforanstaltninger på plads. Med disse parametre, sygdommen spredes eksponentielt med infektioner fordoblet hver 12. dag.

"Hvis denne befolkning får lov til at blande homogent, dynamikken vil udvikle sig i henhold til den deterministiske forudsigelse med et højdepunkt på omkring 5% inficerede individer, "sagde Bittihn.

Imidlertid, hvis befolkningen er opdelt i 100 delpopulationer på 80, 000 mennesker hver, topprocenten af ​​inficerede personer falder til 3%. Hvis fællesskabet opdeles yderligere til 500 undergrupper på 16, 000 hver, infektionen topper kun 1% af den oprindelige befolkning.

Hovedårsagen til at opdele befolkningen fungerer er, at epidemien er fuldstændig slukket i en betydelig brøkdel af undergrupperne. Denne "udryddelseseffekt" opstår, når infektionskæder spontant ophører.

En anden måde at opdele værker på er ved at desynkronisere hele befolkningen. Selv hvis der sker udbrud i de mindre samfund, toppene kan komme på forskellige tidspunkter og kan ikke synkronisere og tilføje op til et stort antal.

"I virkeligheden, delpopulationer kan ikke isoleres perfekt, så lokal udryddelse er muligvis kun midlertidig, "Sagde Golestanian." Yderligere undersøgelser er i gang for at tage hensyn til dette og passende modforanstaltninger. "