[논문 리뷰] Tracking and tracing in the UK: a dynamic causal modelling study

Karl Friston, Thomas Parr외 10명|arXiv (Cornell University)|2020. 05. 16.

COVID-19 epidemiological studies참고 문헌 19인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 초기 팬데믹 기간 동안 영국에서 접촉자 추적 및 검사의 영향을 시뮬레이션하기 위해 고립 상태를 추가한 동적 인과 모델(DCM)을 사용한다. 분석 결과, 약 20%의 무증상 감염자를 대상으로 하는 중간 수준의 효과적인 추적 전략과 일일 50,000건 이하의 검사 능력이 함께 작용할 경우, 면역력이 느리게 감소하는 조건에서 두 번째 유행이 18개월 이상 지연될 수 있음을 확인했다.

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.

연구 동기 및 목표

• 영국에서 SARS-CoV-2의 두 번째 유행을 지연시키는 접촉자 추적 및 검사의 효과를 평가하기 위해.
• 증상이 없는 감염을 의심하지만 아직 증상이 없는 무증상자들 사이에서 자가 고립의 영향을 모델링하기 위해.
• 현재의 검사 능력이 유행 재발을 의미 있게 지연시키는 추적 전략을 뒷받침할 수 있는지 평가하기 위해.
• 영국과 독일의 비교 데이터 및 혈청학적 연구를 통해 모델을 검증하기 위해.
• 현실적인 제약 조건 하에서 유행의 궤도를 의미 있게 변화시킬 수 있는 추적 전략의 임계 효능 수준을 규명하기 위해.

제안 방법

• 이전에 발표된 SARS-CoV-2에 대한 동적 인과 모델(DCM)에 무증상자 중 감염을 의심하는 자가 고립 상태를 추가하여 확장하였다.
• 영국의 신규 확진자 수, 일일 사망자 수 및 검사 건수의 시계열 데이터를 사용하여 모델을 校정하였다.
• 베이지안 추론을 통해 모델 파라미터의 최대 사후확률(MAP) 값을 추정하였다.
• 다양한 사회적 거리두기 및 추적 효능 시나리오 하에서 18개월 간의 유행 궤적을 시뮬레이션하였다.
• 독일의 유행 곡선과 혈청유병률 데이터를 비교 분석하여 모델의 구조적 타당성을 검증하였다.
• 면역력 지속 기간과 추적 효율성에 대한 가정을 다양하게 설정하여 결과의 탄력성(로버스트니)을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 영국에서 SARS-CoV-2의 두 번째 유행을 18개월 이상 지연시키기 위해 필요한 접촉자 추적 효능 수준은 얼마인가?
• RQ2 면역력 감소 속도는 두 번째 유행 파동의 발생에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 현재 영국의 검사 능력은 의미 있게 유행 재발을 지연시키는 추적 전략을 뒷받침할 수 있는가?
• RQ4 무증상 고립의 역학은 전체 전파 및 사망률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 사회적 거리두기와 별개로, 검사 및 추적 전략만으로 사망률을 얼마나 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 무증상 감염자를 약 20%의 효능으로 식별하는 접촉자 추적 전략은 두 번째 유행을 18개월 이상 지연시킬 수 있다.
• 현재의 검사 능력(일일 50,000건 이하) 하에서는 이러한 전략이 빠르게 시행될 경우 실현 가능하고 효과적이다.
• 합리적인 단계적 완화 조건 하에서는 사회적 거리두기 조치를 완화한 지 몇 주 내에 감염 재확산이 발생할 가능성은 낮다.
• 두 번째 유행 파동의 발생은 거의 유일하게 첫 번째 유행에서의 면역력 감소 속도에 의해 결정된다.
• 모든 검사 전략은 사망률을 직접적으로 감소시키지 못하며, 주된 기여는 두 번째 유행을 지연시키는 데 있다.
• 모델의 예측는 독일의 유행 곡선 및 혈청학적 데이터와의 비교 분석을 통해 지지되었으며, 구성 타당성과 외적 타당성이 입증되었다.