英国抛弃集体免疫本相Nature深度用数据模型猜测可怕成果

智东西（大众号：zhidxcom）

编 | 董温淑

智东西4月7日音讯，其时全球累计新冠肺炎确诊病例已超越135万，现有确诊病例995480例，迫临百万大关！

回忆最近一个月的全球防疫战，多个政府情绪来了180度大转弯，英国便是其间的典例代表。

英国辅弼鲍里斯·约翰逊在3月12日初次说到的“集体免疫”办法，一度引发英国国民和全球震动。

好在之后英国及时调整了防疫办法，在这个情绪改动过程中，数学模型的推演起到了非常要害的效果。

3月中旬，伦敦帝国理工学院研讨团队展现了其模仿疫情传达趋势的计算机模型最新成果：假定政府不采纳举动，英国或许会晤对超越50万人的逝世。这下英国总算不坚持“集体免疫”了，鲍里斯预备开端活跃的“锁国抗疫”。

不过，虽然英国的防疫办法正走向正轨，但不幸的是鲍里斯自己现已感染新冠肺炎，期望其早日恢复。

▲英国辅弼鲍里斯·约翰逊

相同的模型标明，假定不采纳举动，美国或许面对220万人逝世。美国政府也敏捷对人们举动采纳严厉的新管控办法。

新冠肺炎疫情模型怎么树立？它们需求储藏哪些数据和假定？这些猜测数字终究靠不靠谱？

针对此次疫情，威望科学期刊《Nature》发布了关于模仿全球COVID-19疫情开展的特别陈述。

一、依据SIR模型的不同建模办法

不同学术团体所运用的模仿疾病传达模型各不相同，但大都模型的数学原理有相通之处。

研讨人员将人群分为三种首要状况：易感人群（susceptible，S）、已感染人群（infected，I）、恢复健康人群（recover，R）或逝世人群，企图了解人群怎么在这三种状况之间转化。

最根底的SIR模型做出了一些根本假定。例如，人群是充沛而均匀地混合在一起的；感染者在逝世或恢复之前都具有相同的感染性，因而每个人被同一个感染者感染的几率都相同。

假定要对大型感染病进行定量猜测，研讨人员就需求树立更先进的模型，即依照年纪、性别、健康状况、工作状况、触摸人数等等标准将人群进一步细分。

▲该模型假定我国政府不采纳任何防疫办法。蓝色愈深，代表均匀进行每天社会触摸的人数愈多。

在把握人口规划和密度、人口老龄化程度、交通联络、社会网络规划、医疗保健供给规划等信息后，建模人员可经过微分方程树立起一个城市、区域甚至整个国家的虚拟副本。由此，研讨人员能够操控人口集体在时刻和空间上的活动和相互效果。

接下来，研讨人员会在这个虚拟副本中设置一个感染者，调查事态开展状况。

在“依据方程（equation-based）”的模型中，个别被划分进不同集体。可是当集体被分割地更小、更具代表性、更能反映现实时，模型也就愈加杂乱。

此外还有一种“依据Agent（agent-based）”的建模办法。在这个模型中，任何一个人都能够依照其特定的规矩移动，就如同系列电子游戏《模仿人生（The Sims）》中的虚拟人物相同。

在都柏林技能大学从事疾病传达模型研讨的伊丽莎白·亨特（Elizabeth Hunter）说：“你有几行代码，这些代码决议了你的代理人怎么举动，他们怎么度过一天。”

依据Agent和依据方程树立的虚拟国际是相同的，可是每个人在特定的一天或相同的状况下会做出不同的行为。伦敦卫生与热带医学院（LSHTM）的盛行病学家凯瑟琳·奥莱利（Kathleen O’Reilly）说：“这些极端特别的模型需求很大都据。你需求搜集有关家庭、个人怎么上班、怎么度过周末的信息。”

例如，为了到达信息量的要求，伦敦卫生与热带医学院、伦敦大学学院和剑桥大学的研讨人员经过英国国家广播公司（BBC）发起了一个公民科学项目，搜集了3.6万多名志愿者的交际数据，并将这些数据用于树立模型。

二、两种模型成果类似：美国不采纳举动将死220万人

为了协助英国政府拟定对立新冠病毒的办法，研讨小组进行了两次模仿实验，别离运用了依据Agent的模型和依据方程的模型。

依据盛行病前期阶段不同国家的不完全信息，盛行病学家对一些参数进行了大略的估量，并假定一切人都归于易感人群（S组），假定恢复者（R组）在短期内对病毒具有免疫力。

1、模型1：依据Agent建模

据悉，模型1以2005年树立的依据Agent的模型作为根底。在2005年，研讨人员假定H5N1病毒突变为可在人群中容易传达的病毒，用该模型猜测H5N1病毒在泰国的传达状况。2006年，这一模型也被用于研讨英美两国怎么减轻一种丧命流感的影响。

在模型1中，研讨人员依据我国的数据，设置了15%的ICU转入率。在我国，有一半的患者需求侵入式的机械呼吸设备。其他病例只要必要进行加压氧气医治，无需转入ICU。

此外，研讨人员将COVID-19感染者的逝世份额设置为0.9%（这个数字依据英国详细人口统计数据进行了调整）、R0设置在2到2.6之间、病毒潜伏期设置为5.1天、假定无症状感染者在感染后4.6天仍能够传达病毒、其他感染者在表现出症状后12小时后能够传达病毒、后者的感染性比前者高50%。

3月16日，研讨小组发布了模型对新冠病毒传达的第一次猜测成果，但其时并未发布模型代码。研讨小组领导者、伦敦帝国理工学院数学盛行病学家尼尔·弗格森（Neil Ferguson）称，其团队正在与微软协作，致力于优化代码，使其愈加精确。

2、模型2：依据方程建模

3月26日，弗格森及其团队发布了模型关于新冠病毒全球传达状况的第2次猜测，该猜测模型选用的是更简略的依据方程的建模。

研讨小组把人们分为4类：S、E、I、R。其间E指的是那些现已触摸了感染者但还没有感染性的人。

在模型2中，研讨人员依据意大利的数据，将ICU转入率调整为30%。据意大利临床医师介绍，加压氧气疗法的效果有限，30%的重症住院病例都需求在ICU病房进行有创通气。

此外，R0数值被调整至2.4~3.3。

3、两种建模猜测数据不同不大

虽然一些参数有所改动，但据弗格森介绍，两种模型猜测的逝世率并没有太大不同，由于许多逝世病例出现在社区而非医院。

研讨小组成员、盛行病学家阿兹拉·加尼（Azra Ghani）也表明：“两次模仿给出的整体数字大致相同。”例如，依据方程的猜测模型显现，假定美国不采纳举动对立病毒，将会有218万人逝世。而前期树立的依据Agent建模显现，在假定的逝世率和感染人数相同的状况下，将有220万人逝世。

巴黎皮埃尔·路易斯盛行病学和公共卫生研讨所的建模专家维多利亚·克利扎（Vittoria Colizza）在本次新冠疫情中为法国政府建模。关于两种不同的建模办法，她称不同的模型各有优缺点，“这取决于你的侧重点”，即建模人员想要研讨集体的规划巨细。

假定能将一个集体会集到一个依据方程的模型中，那么该模型就不需求把每个人看作一个个别。在不要求高分辨率的状况下，模型运转就会更简略和方便。

例如，当克利扎团队想要猜测大部分法国人在家工作对感染率的影响时，就能够正常的运用依据方程的模型。克利扎说：“咱们不需求独自盯梢每个人，去区别他们是在工作上花了一些时刻仍是在校园里花了一些时刻。”

4、选用“敏感性剖析”减小差错

虽然挑选不同的建模方法并不会影响猜测成果，但人们天然会对猜测成果的牢靠程度有所置疑。不幸的是，在病毒大盛行期间，研讨人员很难取得精确的数字来判别模型的精确程度。

LSHTM的建模师约翰·埃德蒙兹（John Edmunds）称，理论上说研讨人员能够用实践病例数与猜测成果比较，但实践陈述的数据并不精确。“咱们的监控体系都是废物。陈述的病例总数精确吗？不精确。有哪些地方是精确的吗？并没有。”他说。

上一年，埃德蒙兹及其团队发布了一份对2014至2015年塞拉利昂共和国埃博拉疫情的评价陈述。依据陈述，关于在疫情迸发期所做的猜测，很少有研讨人员在疫情期间或疫情完毕之后对其进行精确性评价。直到陈述成文的时分，相关研讨人员才开端供给成果、代码、模型和数据，用以进行回忆性剖析。

埃德蒙兹团队以为，理论上说，猜测模型有或许提早一到两个星期精确猜测疫情的开展过程。但由于内涵的不确定性和缺少信息，猜测的精确性有所下降。

为了尽量削减信息不完全和过错假定的影响，建模人员会进行数百次的独立运转，每次都对输入参数进行纤细的调整。这种“敏感性剖析”会下降单个输入改动时模型成果的差错。

例如，让I组的人会与S组的人会晤，调查S组的人会不会被再次感染。当模型屡次运转时，这些随机模仿就能供给更多的或许性。

弗格森还介绍，为了尽最大或许防止过于依靠一种形式，英国政府参阅了不同建模团队的模型，这中心还包含帝国理工学院和LSHTM的团队。“咱们得出了类似的定论。”他说。

三、猜测逝世人数或破270万，英美政府当即调整抗疫决议计划

据报道，帝国研讨小组的模型猜测成果是促进英国政府做出抗疫方针的一个要害要素。

此前由于忧虑病毒在本年晚些时分发作第2次大规划迸发，英国政府官员曾提出集体免疫理论，即在保护好白叟的状况下答应病毒传达。由于大大都被感染者会恢复，终究整个集体的人都能对病毒免疫。

而依据研讨小组于3月16日发布的猜测成果，估计将有15%的住院病例需求转入ICU进行及时有用的医治。英国的医疗机构仅能供给4000多张ICU床位；假定政府不采纳有力办法，或许会有超越50万人逝世。

在帝国研讨小组的猜测模型发布后，英国政府当即改动了战略。辅弼鲍里斯·约翰逊（Boris Johnson）命令采纳严厉的社会阻隔办法。

▲社会阻隔方针将有用操控疫情延伸

关于这一成果，弗格森称猜测模型的重要性或许被夸张了。他以为英国政府是在归纳参阅了模型猜测成果和其他几个国家的状况后做出的抗疫决议计划。

别的，模型对美国疫情开展过程的猜测显现，假定美国政府不采纳举动，将有220万人逝世。白宫也考虑了猜测成果，很快出台了关于扩展社会间隔的方针。

▲据3月中旬的模型猜测成果，假定政府不采纳任何办法，英国将有50万人死于COVID-19病毒感染，美国则将有220万人逝世

四、模型参数仍在更新，对病毒还知之甚少

跟着把握了更多有关病毒的信息，研讨人员也在对模型进行更新和调整。

在3月30日发布的病毒在11个欧洲国家传达的陈述中，研讨人员已将R0数值调整至3~4.7。

除R0数值以外，还有许多重要的信息仍不可知。盛行病学家埃德蒙兹以为，假定有一种牢靠的测验能够检测出无症状感染者，那么这一部分人就能够从S组转移到R组。这种测验将改动建模的规矩，并很或许使病毒的传达途径也发作明显改动。

为了显现这种测验的重要性，英国牛津大学一个由理论盛行病学家苏尼特拉·古普塔（Sunetra Gupta）领导的团队正在进行研讨。该团队假定英国稀有百万无症状感染者。

除了无症状感染者人数以外还有另一个重要的不知道要素：人们关于行为约束办法的反响，以及这些办法是否能像科学家预期的那样削减感染性触摸。

例如，我国的调查陈述数据显现，在当局施行社会阻隔方针期间，武汉和上海的居民与其别人的日常触摸削减了7到9倍。

结语：盲目免除阻隔或将引起第二波大迸发

帝国理工学院研讨小组以为，在感染病例逝世率到达0.0002%每周之前，假定一切国家都采纳严厉的社会阻隔、检测、阻隔感染者办法，全球COVID-19感染者逝世人数有望在本年年底削减到190万以下。

弗格森自己表明，英国的阻隔办法让他“有理由信任”，英国的逝世总人数将被操控在2万以下。

此外，弗格森还指出，为了扼制COVID-19病毒的传达，欧洲的许多国家都在进行全国封闭。可是考虑到经济状况及公民的身心健康，阻隔办法还能进行多久是一个大问题。

现在，社会阻隔办法推迟了病毒的传达，但一旦撤销这些办法，病毒或许会在本年晚些时分或下一年迸发第2次大盛行。

▲模型显现，其时在美国采纳的抗疫办法能够推迟疫情大规划迸发、防止医疗体系压力过大。但本年晚些时分将发作第二波迸发。

为了有用遏止疫情，弗格森主张各国仿效韩国的做法。韩国对一切触摸者进行了追寻，进行了大范围的测验，由此实行了较为宽松的社会阻隔方针。此外他还指出，假定要为研讨人员供给树立精确猜测模型所需的信息，则只能像我国湖北那样，在免除封闭后对各个区域坚持亲近监测。

文章来历：Nature