[论文解读] The effect of delayed awareness and fatigue on the efficacy of self-isolation in epidemic control

Giulia de Meijere, Vittoria Colizza+2 more|arXiv (Cornell University)|May 24, 2021

COVID-19 epidemiological studies参考文献 43被引用 15

一句话总结

本研究构建了一个基于网络的流行病模型，引入了未决定、隔离和疲劳三个状态，以分析延迟意识到和疲劳如何削弱自我隔离的有效性。研究发现，不完全依从、隔离启动延迟以及因疲劳过早终止隔离会显著降低流行病阈值，当依从性较高时，最优隔离时长短于传染期。

ABSTRACT

The isolation of infectious individuals is a key measure of public health for the control of communicable diseases. However, involving a strong perturbation of daily life, it often causes psychosocial distress, and severe financial and social costs. These may act as mechanisms limiting the adoption of the measure in the first place or the adherence throughout its full duration. In addition, difficulty of recognizing mild symptoms or lack of symptoms may impact awareness of the infection and further limit adoption. Here, we study an epidemic model on a network of contacts accounting for limited adherence and delayed awareness to self-isolation, along with fatigue causing overhasty termination. The model allows us to estimate the role of each ingredient and analyze the tradeoff between adherence and duration of self-isolation. We find that the epidemic threshold is very sensitive to an effective compliance that combines the effects of imperfect adherence, delayed awareness and fatigue. If adherence improves for shorter quarantine periods, there exists an optimal duration of isolation, shorter than the infectious period. However, heterogeneities in the connectivity pattern, coupled to a reduced compliance for highly active individuals, may almost completely offset the effectiveness of self-isolation measures on the control of the epidemic.

研究动机与目标

• 研究延迟意识到和疲劳如何影响自我隔离在控制传染病传播中的有效性。
• 量化隔离时长与依从性在流行病控制中的权衡关系。
• 评估个体接触模式异质性对自我隔离措施整体有效性的影响力。
• 评估不完全依从和因疲劳导致的过早终止对流行病阈值和地方性流行水平的影响。

提出的方法

• 采用改进的SIS分 compartment 模型，新增U（未决定）、Q（隔离）和F（疲劳）状态。
• 通过泊松过程建模各状态间的转移，转移率包括µU（意识到速率）、pQ（隔离概率）、µQ（疲劳导致释放速率）和µ（恢复速率）。
• 应用平均场近似和基于网络的建模方法，分析流行病阈值和地方性流行水平。
• 采用SIS框架且不考虑免疫力，以聚焦于行为动态和最坏情况场景。
• 分析接触模式异质性的影响，特别是高度活跃个体依从性降低的问题。
• 采用分析与数值工具，量化延迟和疲劳对流行病控制的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 延迟意识到进入自我隔离如何影响流行病阈值和控制效果？
• RQ2 当依从性在较短时期内较高时，自我隔离的最优时长是什么？
• RQ3 因疲劳导致的过早脱离隔离如何影响疾病传播？
• RQ4 个体接触模式的异质性在多大程度上削弱了自我隔离的有效性？
• RQ5 不完全依从、延迟意识到和疲劳如何共同影响流行病阈值？

主要发现

• 流行病阈值对有效依从性极为敏感，而有效依从性综合了延迟意识到、不完全依从和疲劳的影响。
• 当依从性在较短隔离期间提高时，存在一个最优隔离时长，其短于完整的传染期。
• 接触模式的异质性，特别是高度活跃个体依从性降低，几乎完全消除了自我隔离的有效性。
• 疲劳导致个体在仍具传染性时提前脱离隔离，显著增加传播风险。
• 模型表明，即使非依从性和延迟程度适中，也会大幅降低隔离作为控制措施的有效性。
• 结果表明，公共卫生政策必须考虑疲劳和延迟意识到等行为因素，以设计有效的隔离策略。