Negli ultimi due decenni, epidemie su larga scala di malattie infettive hanno portato ad alti livelli di morbilità, mortalità, e l'onere economico complessivo per le regioni colpite. Poiché le reti complesse diventano strumenti di studio sempre più diffusi, i ricercatori stanno applicando la teoria delle reti al campo dell'epidemiologia. A causa della pletora di dati relativi alla malattia disponibili da vari media, la risposta comportamentale di un individuo e la comunicazione di un'epidemia dipendono dal modello di flusso di informazioni in una rete separata ma correlata. Di conseguenza, i modelli matematici delle reazioni dell'uomo alle epidemie di malattie sono strumenti importanti nell'analisi epidemiologica.

In un articolo pubblicato la prossima settimana su SIAM Journal on Applied Mathematics , Mengfeng Sole, Michele Piccolo, Shui Shan Lee, e Xinchu Fu impiegano un modello di interazione concreta in reti multiplex spente per studiare la connessione tra comportamento umano adattivo e diffusione dell'epidemia. Basano il loro modello, che illustra questi fattori come livelli separati nelle reti, su un modello standard suscettibile-infetto-sensibile. La sua generalità lo rende applicabile a un'ampia gamma di scenari di salute pubblica.

I membri di una popolazione colpita in genere basano le loro risposte comportamentali sulle informazioni raccolte dai mass media e dai social media, incontri fisici nei loro quartieri sociali e spaziali, e osservazioni generali. "Tradizionalmente, modelli di malattie infettive hanno trattato i comportamenti umani come costanti, implicando che non fluttuano in base all'incidenza della malattia o a un periodo di tempo caratteristico, " Dissero Sun e Fu. "Tuttavia, lo sviluppo della moderna tecnologia offre una grande comodità per la comunicazione dei comportamenti umani, comprese le conversazioni faccia a faccia, scambi di posta elettronica, chiamate telefoniche, e altri tipi di interazioni in una varietà di forum di rete." Gli esseri umani adottano misure preventive basate su queste relazioni dirette o indirette, sia per proteggersi dalle infezioni sia per ridurre il rischio di ulteriore trasmissione di malattie. Tali misure comprendono la limitazione o l'eliminazione del tempo trascorso fuori casa, maggiore attenzione al lavaggio delle mani e all'igiene personale, e contatti limitati con vicini e altri cittadini.

Studi precedenti che coinvolgono modelli di interazione complessi hanno classificato la consapevolezza in tre categorie:consapevolezza locale, Consapevolezza globale, e consapevolezza del contatto. Però, Sole et al. classificarlo in due categorie alternative:(i) comportamenti adattivi derivanti dalla consapevolezza e (ii) trasmissione di informazioni comportamentali (la diffusione della consapevolezza stessa). "Il nostro lavoro è nell'ambito di modelli basati sulla rete, e utilizziamo una configurazione di rete più accurata, reti multiplex spente, per modellare la trasmissione di un'infezione, " Sun e Fu hanno detto. "Questa configurazione implica l'interazione della diffusione dell'epidemia, trasmissione di informazioni, e dinamiche comportamentali." Gli autori configurano queste reti multiplex in due livelli. Uno strato tiene conto dei contatti fisici ricorrenti, come colleghi, membri della famiglia, gli amici, compagne di classe, e vicini; l'interazione con questi gruppi può diffondere l'infezione. Il secondo riguarda i contatti virtuali:conoscenti su Facebook, Twitter, o altre piattaforme di social network online; la comunicazione con questo gruppo non è fisica e quindi non può diffondere attivamente l'infezione.

Quando le persone vengono a conoscenza di un'epidemia, comportamento adattivo e trasmissione di informazioni comportamentali si verificano contemporaneamente, con la trasmissione che stimola l'adattamento continuo. Ai fini del loro modello, Sole et al. concentrarsi sull'effetto del comportamento adattivo sul tasso di infezione. La comunicazione correlata alla malattia degli individui modifica costantemente il comportamento fino a raggiungere uno stato protettivo ottimale. Tale comportamento è il risultato della diffusione di informazioni relative all'epidemia, piuttosto che l'epidemia stessa. Tende ad essere coerente o simile a una mandria, poiché le persone comunicano più frequentemente comportamenti protettivi con i loro vicini quando si manifesta un'epidemia per proteggersi. Una maggiore forza adattativa è correlata a un minor rischio di infezione.

"Tenendo conto di più processi dinamici contemporaneamente, il nostro modello non solo descrive accuratamente l'effettiva diffusione delle epidemie in reti complesse ma caratterizza anche le interazioni tra la trasmissione di alcune epidemie (come il comune raffreddore, influenza stagionale, febbre dengue, Zika, ecc.) e i corrispondenti comportamenti umani, " Sun e Fu hanno detto. "Troviamo anche che il controllo comportamentale per alcuni individui aumenta la velocità con cui l'epidemia tende a stabilizzarsi e la velocità di sincronizzazione collettiva, e riduce significativamente anche il valore del picco più alto di prevalenza dell'infezione. Ciò suggerisce che la nostra strategia di controllo dell'epidemia dal punto di vista del controllo comportamentale è molto valida".

Per testare il loro modello, gli autori lo applicano a un focolaio di sindrome respiratoria acuta grave (SARS), una malattia respiratoria contagiosa e pericolosa. Poiché attualmente non esistono vaccini per la SARS, le misure di sanità pubblica sono le prime responsabili del suo controllo. Sole et al. concentrarsi su due tipi di misure preventive minori dall'epidemia più recente:precauzioni di trasmissione (cioè, uso di dispositivi di protezione, come guanti, e attenzione all'igiene personale e ambientale) e precauzioni da contatto (minimizzazione del tempo trascorso negli spazi pubblici). La decisione di un individuo di adottare queste misure dipende dalla gravità dell'epidemia. Gli autori creano un modello matematico che include la trasmissione della SARS, evoluzione comportamentale, e regolamentazione delle istituzioni pubbliche. Ad ogni individuo in un'area colpita viene assegnato uno dei quattro possibili stati:suscettibile, asintomatico, sintomatico, o recuperato.

"L'analisi suggerisce che una risposta comportamentale rapida, una combinazione di misure di sanità pubblica, e la regolamentazione delle istituzioni pubbliche per alcuni individui chiave (quelli con più connessioni) può frenare efficacemente l'epidemia di SARS diminuendo le infezioni e le morti cumulative e riducendo il numero riproduttivo, " hanno affermato Sun e Lee. I comportamenti preventivi sono stati particolarmente efficaci durante le prime fasi dell'epidemia, e il raggiungimento dello stato preventivo ottimale per tutti gli individui ha portato a un rapido contenimento. In definitiva, entrambe le misure farmaceutiche e non farmaceutiche erano responsabili del controllo totale.

Poiché i produttori non possono rendere immediatamente disponibili vaccini o farmaci mirati all'inizio di un'epidemia, governi, autorità sanitarie pubbliche, e/o i mass media tipicamente consigliano alla popolazione le misure appropriate per un'autoprotezione ottimale e una ridotta suscettibilità o infettività. La maggiore consapevolezza da parte dei cittadini del potere del comportamento adattivo offre a ricercatori e medici il tempo di rendere disponibili vaccini e cure.

"I risultati numerici mostrano che i comportamenti adattativi individuali innescati dall'emergere di un'epidemia possono rallentare la diffusione dell'infezione, abbassare la dimensione finale dell'epidemia, e in alcuni casi può impedire che l'infezione si diffonda, " Small said. "These results provide us with an alternative idea on understanding why some infections do not cause major outbreaks or reach the epidemic threshold in the absence of immunization policy or territory-wide quarantine and isolation measures."

Sole et al. hope to incorporate realistic data about human behaviors to formulate more practical and applicable models. They plan to specifically investigate the effects of drastic control measures—such as isolation, vaccinazione, and treatment—and the impact of the time delay between when individuals become aware of an outbreak and when they modify their behaviors. Until then, their current model identifies several methods through which individuals can protect themselves and their neighbors from emerging epidemics.