[論文レビュー] Tracking and tracing in the UK: a dynamic causal modelling study

Karl Friston, Thomas Parr+10 more|arXiv (Cornell University)|May 16, 2020

COVID-19 epidemiological studies参考文献 19被引用数 5

ひとこと要約

本研究では、初期パンデミック期のイギリスにおける接触追跡および検査の影響をシミュレートするために、隔離状態を追加した動的因果モデル（DCM）を用いた。その結果、中程度の有効性を持つ追跡戦略—非症候性感染者の約20％を対象とし、1日50,000件未満の検査を実施する—が、免疫の喪失がゆっくりである限り、第2波を18か月以上遅らせられることを示した。

ABSTRACT

By equipping a previously reported dynamic causal model of COVID-19 with an isolation state, we modelled the effects of self-isolation consequent on tracking and tracing. Specifically, we included a quarantine or isolation state occupied by people who believe they might be infected but are asymptomatic, and only leave if they test negative. We recovered maximum posteriori estimates of the model parameters using time series of new cases, daily deaths, and tests for the UK. These parameters were used to simulate the trajectory of the outbreak in the UK over an 18-month period. Several clear-cut conclusions emerged from these simulations. For example, under plausible (graded) relaxations of social distancing, a rebound of infections within weeks is unlikely. The emergence of a later second wave depends almost exclusively on the rate at which we lose immunity, inherited from the first wave. There exists no testing strategy that can attenuate mortality rates, other than by deferring or delaying a second wave. A sufficiently powerful tracking and tracing policy--implemented at the time of writing (10th May 2020)--will defer any second wave beyond a time horizon of 18 months. Crucially, this deferment is within current testing capabilities (requiring an efficacy of tracing and tracking of about 20% of asymptomatic infected cases, with less than 50,000 tests per day). These conclusions are based upon a dynamic causal model for which we provide some construct and face validation, using a comparative analysis of the United Kingdom and Germany, supplemented with recent serological studies.

研究の動機と目的

• イギリスにおけるSARS-CoV-2の第2波を遅らせる接触追跡および検査の有効性を評価すること。
• 感染を疑っているがまだ症状のない非症候性個体における自己隔離の影響をモデル化すること。
• 現在の検査能力が、流行再発を意味的に遅らせる追跡戦略を支援できるかどうかを評価すること。
• イギリスおよびドイツの比較データと血清疫学的研究を用いて、モデルを検証すること。
• 現実的な制約下で、流行の軌道を有意義に変えるために必要な追跡の閾値有効性を特定すること。

提案手法

• 以前に発表されたSARS-CoV-2の動的因果モデル（DCM）を拡張し、感染を疑っているがまだ症状のない非症候性個体に隔離状態を組み込んだ。
• イギリスの新規症例、1日あたりの死亡者数、検査件数の時系列データを用いてモデルをキャリブレーションした。
• ベイズ推論を用いて、モデルのパラメータの最大後確信度（MAP）値を推定した。
• さまざまな社会的距離の取り方と追跡有効性のシナリオの下で、18か月間の流行軌道をシミュレートした。
• ドイツの流行曲線と血清疫学的データとの比較分析を通じて、モデル構造の妥当性を検証した。
• 免疫持続期間や追跡効率に関する仮定を変化させることで、研究結果の頑健性を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 イギリスにおけるSARS-CoV-2の第2波を18か月以上遅らせるには、どの程度の接触追跡有効性が必要か？
• RQ2 免疫の喪失速度が第2波の発生にどのように影響するか？
• RQ3 現在のイギリスの検査能力は、流行再発を意味的に遅らせる追跡戦略を支援できるか？
• RQ4 非症候性個体の隔離のダイナミクスが、全体の感染拡大および死亡率にどのように影響するか？
• RQ5 社会的距離の取り方を除いて、検査と追跡のみで死亡率をどれだけ低減できるか？

主な発見

• 非症候性感染者の約20％を同定できる有効性20％程度の接触追跡戦略は、第2波を18か月以上遅らせられる。
• 現在の検査能力（1日50,000件未満）のもとでは、このような戦略は実施可能かつ効果的である。
• 社会的距離の緩和が妥当な段階的措置である限り、社会的距離を緩和した直後から数週間以内に感染再発が生じる可能性は低い。
• 第2波の出現は、主に第1波からの免疫喪失速度に依存する。
• いかなる検査戦略も死亡率を直接的に低下させない。その主な役割は、第2波の発生を遅らせる点にある。
• モデルの予測は、ドイツの流行曲線および血清疫学的データとの比較分析によって裏付けられており、構造的妥当性および外見的妥当性を有している。