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计算传染:研究人员检查病原体传播的社会方面

Leah Shaw demonstrates calculations on a whiteboard
流行病建模: 利亚·肖是威廉玛丽大学数学系的副教授。她的研究重点是生物种群动态建模,包括流行病的传播。约瑟夫·麦克莱恩摄

如果利亚·肖在这段社交距离期间有自己的时间,她计划进行一次社交距离模拟。

肖是威廉玛丽大学数学系的副教授。她的研究重点是生物种群动态建模,包括流行病的传播。

“这是一个模拟,”肖说。“假设你实施了社交距离。你会看到所有家庭外部的连接都下降了,但家庭内部的连接却上升了。所以,我们可以问这对疾病传播有多大影响。”

美国疾病控制与预防中心将社交距离定义为“远离聚集场所,避免大规模聚会,并尽可能与他人保持距离(约6英尺或2米)。”

这个策略是一个数字游戏。人与人之间的互动越少,疾病传播的几率就越低。自伯努利时代起,数学模型就被用来理解传染病的传播。但肖说,17世纪的流行病模型与今天并不完全相关。

“在这些模型中,人口被认为是均匀混合的,”肖说。“每个个体都有平等的机会接触群体中的任何其他个体。这些模型甚至在开发的时候都不现实,但它们更简单,所以它们是起点。一旦你开始把模型放在社交网络上,而不是假设它们混合得很好,个体现在是不同的。我的关系和你的不一样。”

肖通过使用为数学生物学和统计物理学开发的计算工具来研究疾病传播问题。她的研究使用了简单的模型(研究人员称之为“玩具模型”),这些模型包含了现实的几个方面,但与现实世界流行病传播中涉及的所有变量相比,这些模型被简化了。

肖说:“对传播的社会方面进行建模的一个问题是,它们取决于人们的行为,这是很难预测的。”“在你做的任何模型中,你都必须做出假设,否则你就没有模型。但输出的有效性可能只与模型中的假设一样好。”

她的模型解释了社区反应,她称之为“适应性社会网络”。她解释说,当一种流行病在人群中传播时,人们可能会适应性地改变他们的社会联系网络结构,以减少感染的风险。

换句话说,某些人可能会选择自我隔离,与他人保持社交距离,以防止疾病传播。肖的研究表明,即使在最初的疫情平息之后,保持社交距离也可能从根本上改变社区结构。

肖在与海军研究佳博体育的艾拉·施瓦茨合著的一篇论文中写道:“适应性行为流行病学背后的思想是,群体和个人通过改变习惯来应对疾病威胁,以避免与那些具有传染性的人互动。”“基于网络的模型通过允许网络‘重新连接’来考虑这种自适应行为。”

Joanna Schug, associate professor in William & 玛丽’s Department of Psychological Sciences. (Courtesy photo)肖的模型中有一个关键假设:人们会做正确的事,在接触后进行自我隔离。这说起来容易做起来难,尤其是在一场跨文化大流行的情况下。

威廉玛丽大学心理科学系副教授乔安娜·舒格说,人类想要彼此靠近是很自然的,但不同社会之间社会互动的距离和频率各不相同。

舒格说:“我的研究表明,在一些国家,人们更有可能与陌生人接触或与陌生人建立关系。”“在其他国家,人们更倾向于融入现有的社交网络。”

科学术语是“关系流动性”。它描述了个人如何在不同的社会中互动和发展关系。人们倾向于容易混合的文化被称为具有高关系流动性。舒格是一个研究小组的成员,该小组发现,在实行定居、自给生活方式的社会中,关系流动性较低,比如种植水稻。

舒格的研究小组还发现,在生态和历史威胁更大的社会中,比如恶劣的地理气候、贫困或病原体历史,关联度也同样较低。

舒格说:“这项研究的惊人之处在于,我们能够利用社会生态学的概念来预测人们关系的结果。”她解释说,每种文化表现出的行为都是为了适应他们特定的社会环境。

舒格没有收集有关COVID-19传播的数据,但她说,研究人员研究人际关系的流动性可能很有价值。

舒格说:“我的研究表明,在一些国家,人们更有可能与陌生人接触,并与陌生人建立关系。”“在其他国家,人们更倾向于融入现有的社交网络。”

她说,这可能是新加坡、韩国和中国等关系流动性较低的国家迅速采取极端社会距离措施并限制传播的原因。与此同时,在意大利和美国等关系流动性高的地方,病毒的传播呈指数级增长。

舒格说:“需要明确的是,这是一件很难说的事情,因为没有足够的人接受检测,以了解病毒的真正传播情况。”“但这引出了一个问题,这些国家的做法有什么不同?”我认为文化习俗可能会产生影响,所以我们真的应该考虑我们拥有的不同社会规范。”

舒格解释说,在20世纪50年代和60年代,一位名叫爱德华·T·霍尔(Edward T Hall)的人类学家发展了“邻近学”,即在文化背景下研究人类对空间的利用。他认为人类对空间的感知是由社会塑造的。

舒格说:“他的研究比较了不同国家的人,以及他们在相互交往时的亲密程度。”

例如,霍尔发现,与他自己的美国互动距离相比,来自某些国家的人的互动距离非常接近,几乎令人不舒服。

舒格说:“虽然许多最初的研究现在已经过时了,但最近的研究仍然表明,不同国家的人在与朋友和陌生人互动时,往往喜欢不同的距离。”

舒格引用了一个国际研究小组的最新研究,该研究发现,在匈牙利等一些国家,人们倾向于与陌生人和熟人保持较大的距离,而在阿根廷等国家,人们更喜欢与更近距离的人互动。

作为一个模拟病原体传播的人,肖说,社交距离之所以有效,是因为它降低了个人之间联系的有效强度,最终降低了传播率。这里有一个警告,而且是一个很大的警告。为了使社交距离有效,个人和团体必须有足够的可靠信息来调整他们的行为。

肖和清华大学应用科学系的博士生龙云涵(音译)比较了在网络中传播的信息来源。

肖说:“我们发现,大众媒体提高的意识比面对面的交流更有效,因为它的传播范围更广。”“在我们的模型中,如果意识只在人与人之间传播,那么人群可能会分裂成一个意识到并成功保护自己的群体,以及一个在疾病传播时完全不知情的群体。”

肖和朗的研究结果表明,意识可以在减少疾病传播方面发挥重要作用。也就是说,当人们知道感染在他们的社会中的地位时,保持社交距离就会起作用。

肖解释说:“了解疾病如何传播有两个重要的数字。“有传播率和传染期。传染期是疾病本身的一个特征。这不是人们可以控制的。这是生物。然而,传播率有生物和社会两个方面。”

肖说,生物因素是病毒在物体表面存活的时间长短。传播率还取决于人与人之间接触的程度。更多的接触意味着更多的传播。

肖说:“人们试图通过保持社交距离来控制我们可以控制的一件事,即传播率的社会方面。”