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群体免疫力在社会网络中具有脆弱性

已有 8323 次阅读 2013-1-30 21:52 |系统分类:科研笔记| 网络, 免疫力

  

如何理解传染病防控中的个体自愿接种行为是当前国际研究的热点问题之一。对一些常见传染病(如流感等)进行自愿接种预防一直以来是关系到社会公共卫生安全的一项重要措施。若接种免疫率足够高,群体免疫效应(herd immunity)能有效地预防疾病的爆发。因而,群体免疫力相当于一种公用品,个体即使不接种免疫,只要人群中免疫水平足够高,也能利用群体免疫效应,几乎不花任何代价的实现传染病病预防。因此,自愿接种免疫行为构成了经济学上常见的公用品博弈。由于存在搭便车行为,自愿政策下的接种免疫率一般低于社会最优水平,从而并不能有效预防疾病的爆发 [1]


基于此,伏峰等人将演化博弈动力学(个体接种决策中的模仿行为)与传染病传播动力学研究相结合,研究了社会网络中群体免疫力对接种免疫代价的敏感性(Fu F, Rosenbloom D I, Wang L, Nowak M.A.

 Imitation dynamics of vaccination behavior on social networks[J]. 

Proc. R. Soc. B, 2011, 278: 42-49.该工作被N多新闻媒体报道,News Fire, PhysOrg.Com, Science Daily, Medical News Today


模型如下:

模型分为两个阶段:接种决策阶段和传播季节阶段。


开始的时候,假设网络中有50%的人选择接种,50%的选择不接种。那么在接下来的传播季节(采取SIR传播过程),不接种的个体可能面临两种不同的结果——被感染或没有被感染。令接种要付出V的代价在接下来的季节不会被感染。如果没有接种被感染付出I的代价没有被感染无任何付出。定义接种代价与感染代价的相对比c=V/I, 0<c<1且 I=1

模型示意图如下图所示。



那么在接下来的接种决策阶段,每个个体会获得相应的收益(代价的负数!),此时每个个体可以通过模仿收益高的邻居策略而进行策略选择(接种或者不接种)。在本文中,作者采用演化博弈中著名的Fermi更新原则。按照上面的过程反复迭代一定的次数,直到系统稳定。

通过研究发现:(1)个体在接种免疫决策中,基于自身利益考虑的短视模仿行为加剧了群体免疫力的缺失(通俗的说,这种模仿机制不能使得接种范围满足实际需求的接种范围,因此不能抑制疾病爆发);(2)个体之间的社会网络关系对维持群体免疫力具有双刃剑效应:当接种代价小于某特定阈值时,群体免疫力得以维持,但接种代价超过这一阈值时,群体免疫水平将会急剧下降,并最终导致传染病的大爆发(通俗的说,相对于充分混合网络,异质性网络一方面可以在更大的接种代价c范围内保证接种范围很高,因此疾病可以抑制;另一方面,对于异质性网络而言,一旦接种代价c大于某个阈值,接种范围会急剧下降,因此导致大范围的疾病爆发![1]

更多介绍见正文和文献[1].

1如何理解传染病防控中的个体自愿接种行为?http://www.lailook.net/jctj/09/2010-08-09/5237.html



https://blog.sciencenet.cn/blog-291824-658009.html

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