Science重磅：复杂网络模型大师研究实锤，武汉封城为全球防疫争取了时间

原创 Kai 世界顶尖科学家论坛

由马萨诸塞州东北大学Alessandro Vespignani 教授领衔的研究团队，近日在世界权威科学期刊Science上首次公布了他们的重磅研究。该研究在全球性的复合种群研究下，通过对疾病传播模型的构建来预测“旅行禁令”（Travel Ban）这一举措在国内外大流行性疾病传播上的影响力。

研究给出结论——

中国境内层面：中国武汉的封城措施在中国大陆延缓了新冠病毒大爆发的速度，给了中国大陆3-5天的准备时间；

国际层面：有更大的辐射效果，到二月中旬为止，减少了将近80%的输入性案例。

Alessandro Vespignani 教授以在复杂网络上的研究著称，尤其是在将网络理论应用于疾病传播，计算流行病学的应用以及对互联网拓扑特性的研究方面著称。

01 / GLEAM--一种更贴近真实情境的“建模”

Alessandro Vespignani 教授等人采用了全球流行和流动模型（Global Epidemic and Mobility Model, 以下简写为GLEAM），来模拟新冠肺炎（COVID-19）在国际上的大流行。

这是一个综合考虑个体、随机和空间因素的大流行性疾病模型。此项模型在2010年8月Science的一篇论文中有详细的解释，该方案整合了疾病动力学、全球高分辨率的人口普查数据和全球范围内的人口流动模式来进行随机建模。

“高分辨率人口普查数据”是利用遥感卫星数据结合计算机最新算法的应用项目之一，能以前所未有的精确度，在全球各地绘制人类定居点，并能更好地用于管理公共卫生、基础设施、自然资源，以及改善应对突发事件的策略。在高分辨率的人口数据的帮助下，可以以主要交通枢纽的位置为中心，描绘出人们日常出行和流动方式。

更为特别得是，GLEAM整合了从国际航空运输协会（International Air Transport Association）和官方航空公司指南（Official Airline Guide）数据库获得的数据以及从五大洲30多个国家收集并分析的多通道流动数据。这种整合也形成了一个全球性的多规格的移动网络，其强度和时空尺度都跨越了几个数量级。

疾病的动态是通过完全随机的分区方法模拟的，这种方法定义了每个亚群的时间方程。然后，通过考虑到多尺度移动网络中编码的个体的移动性的有效交互作用和机制方案，来将各类种群流动情况的方程式耦合进行计算。

总体来说，GLEAM使用的复合种群网络研究整合了真实世界的数据，将每天旅行的个人的流动连接在一起。该模型包括大约200个不同国家和地区的3200多个子种群。

GLEAM模型的灵活结构和它的跨领域数据整合的力度使得它可以在全球范围内模拟大流行性疾病的传播，并不受不同疾病结构和当地干预政策的限制，因此GLEAM不仅适用于全球流行病传播的时空模式的计算建模和预测，也可以客观地评估人类流动在全球性传染病形成传播过程中起到的作用和解析历史上出现过的全球性传染病，也能分析如何减缓和遏制传染病。

02/ 武汉封城对国内外的影响

研究以《武汉市新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控指挥部通告》时间为准，从1月23日武汉官方宣布机场、火车站离汉通道暂时关闭，即封城开始算起，选取百度定位服务（Baidu Location-Based Services）进行数据采集建模。

最初，模型假设传播性和疾病动态没有变化：即维持现状。该模型的输出结果表明，尽管武汉市的新冠肺炎流行病趋势没有明显差异，但是在中国大陆其他地区则显示出大约3天的延迟（见图A）。

武汉封城前后新冠肺炎病例累积中位数

而到了2020年1月31日，中国大陆（不包括武汉）的新冠肺炎患者的减少量接近10％，特定地区的相对新冠肺炎患者的减少量在1％至58％之间（图B）。

到2月1日为止的中国大陆的模型预计

而在武汉封城后，模型表明在2月初全球其它国家的输入型病例减少了77％。

武汉封城前后国际上观察到的中国输入型病例

03/ 旅行禁令仍须配合社区传播限制

通过GLEAM模型的构建计算，可以看到武汉封城措施对全球防控疫情的积极影响。“我觉得全世界真的欠了武汉人民的情，我想让武汉人民知道，世界知道你们所做的贡献”，世界卫生组织赴中国考察专家组负责人布鲁斯·艾尔沃德3月初在日内瓦接受记者专访时说。在2月份，他率领考察团亲赴武汉进行了深入的调研。

武汉市的封城让全国新冠病毒的蔓延趋势进展推迟了3到5天。而如果放在全球看，武汉封城的举措影响更为明显，到2月中旬为止，新冠病毒输入性病例减少了近80％。

研究团队同时给出结论，旅行禁令必须与减少社区中的传播两相结合。模型结果还表明，除非能将社区中的传播减少50％或更高，否则即使严格管控来往中国大陆的出行进出，例如只允许10%的进出，这样的举措在大流行疾病进程中也起不了什么明显的作用。如果想有显著的效果，那么至少需要减少50%或者更高比例的社区传播。

控制社区传播的积极影响在上海更为明显。在3月25日的一场“科技抗疫”线上研讨会上，上海市新冠肺炎医疗救治专家组组长、复旦大学附属华山医院感染科主任张文宏在分享上海方案时，首先提到武汉封城的重要性。因此上海早期防治也采取了严查热点地区，关闭上海公共场所，放缓了所有的经济活动，鼓励市民外出就戴口罩，但在这段时间还坚决辅以社区传播的严控。两相结合才能在阻碍新冠病毒的大流行。

上海作为一个人口将近3000万的国际化大都市，做到了对流行病的出色防控。张文宏主任同时提到之前有模型预测如果上海不采取任何措施，不对疫情传播进行任何控制，在上海的病例数量可能会达到80万。

3月25日张文宏主任在研讨会上展示的PPT

而实际情况是，截至到4月1日24点财新网的数据，上海的累计确诊病例为522例。

财新网，4月1日24点数据

“武汉的封城”即使并不能完全阻止传染病的传播，但是毋庸置疑的是为全球防疫争取了宝贵时间，各大国家和城市也能够从中吸取教训，制定最佳的遏制方案和防疫方案来减少病毒的传播。

（责任编辑：小文）

参考链接：

【1】Kraemer M U G, Yang C-H, Gutierrez B, et al. The effect of human mobility and control measures on the COVID-19 epidemic in China [J]. Science, 2020, eabb4218.

【2】Chinazzi M, Davis J T, Ajelli M, et al. The effect of travel restrictions on the spread of the 2019 novel coronavirus (COVID-19) outbreak [J]. Science, 2020, eaba9757.

【3】Alessandro Vespignani ， https://en.wikipedia.org/wiki/Alessandro_Vespignani

【4】中华人民共和国中央人民政府，武汉市新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控指挥部通告（第1号）http://www.gov.cn/xinwen/2020-01/23/content_5471751.htm

【5】财新网，新冠确诊病例实时动态http://datanews.caixin.com/interactive/2020/pneumonia-h5/#live-data

【6】头图来自https://www.abc.net.au/chinese/2020-01-24/picture-collection:-wuhan-cn/11897836

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