Bei einer Epidemie oder einem bioterroristischen Angriff könnte die Reaktion von Regierungsbeamten von einer drastischen Einschränkung der Mobilität - auferlegte Isolierung oder vollständige Abriegelung einer Stadt - bis hin zu moderaten Reisebeschränkungen in einigen Gebieten oder einfachen Vorschlägen reichen, in denen die Menschen bleiben sollen Heimat. Die Entscheidung, eine Maßnahme einzuleiten, würde erfordern, dass die Beamten die Kosten und den Nutzen der Maßnahme abwägen, aber derzeit gibt es nur wenige Daten, die ihnen bei der Frage helfen könnten, wie sich Krankheiten über Transportnetze ausbreiten.
Eine neue MIT-Studie, die die Ansteckungsraten in zwei Szenarien – mit und ohne Reisebeschränkungen – vergleicht, zeigt jedoch, dass selbst moderate Maßnahmen zur Einschränkung der Mobilität die Ansteckung in dicht besiedelten Gebieten mit stark miteinander verbundenen Straßen- und Transitnetzen wirksam kontrollieren würden. Den Unterschied zwischen den Infektionsraten in den beiden Szenarien nannten die Forscher den "Preis der Anarchie", ein Konzept aus der Spieltheorie, das häufig als Maß in Studien zur kontrollierten Nutzung von Verkehrsnetzen verwendet wird.
Die Studie, die am 31. Juli online im Journal of the Royal Society Interface veröffentlicht wurde, ist die erste, die das Konzept des Preises der Anarchie mit der Ausbreitung der Ansteckung in Verbindung bringt. Es geht davon aus, dass die Übermittlung der Nachrichten über die Epidemie (die die Wahl der Reiserouten beeinflusst) und die Epidemie selbst dem gleichen Mobilitätsnetzwerk folgen, und verwendet epidemiologische Standardmodelle, um den Ansteckungsfluss zu simulieren.
Die Forscher – Ruben Juanes, der ARCO Associate Professor für Energiestudien am Department of Civil and Environmental Engineering des MIT, der Doktorand Christos Nicolaides und der wissenschaftliche Mitarbeiter Luis Cueto-Felgueroso – verwendeten Daten aus der US-Volkszählung von 2000, um das Aggregat zu erstellen täglicher Personenverkehr, der zwischen den Landkreisen pendelt.
Frühere Untersuchungen hatten gezeigt, dass Personen, die auf eine Epidemie aufmerksam werden, nicht auf dem kürzesten Weg reisen, sondern auf dem kürzesten Weg, der infizierte Gebiete vermeidet – selbst wenn sie bereits infiziert sind – eine Strategie, die aufdeckt Menschen in nicht infizierten Gebieten zu Krankheiten. Ein solches „egoistisches Verh alten“, wie es in der Spieltheorie genannt wird, steht in direktem Gegensatz zur Strategie der politischen Entscheidungsträger, die vermutlich zum Wohle der Allgemeinheit handeln würden, indem sie infizierte Personen durch Gebiete leiten, in denen die Infektionsraten bereits hoch waren.
Die MIT-Studie zeigt, dass der Preis für Anarchie in einigen Regionen der Vereinigten Staaten, wie etwa entlang der Interstate 95 im Nordosten, beträchtlich wäre. Bei einer mäßig ansteckenden Krankheit – einer, bei der jede infizierte Person im Durchschnitt zwei weitere ansteckt – würde die Beschränkung der Personen auf bestimmte Reiserouten die Infektionsraten um bis zu 50 Prozent senken.
"In einem Gebiet mit hoher Konnektivität ist das Ergebnis von Maßnahmen, die von Beamten koordiniert werden, besser als selbstsüchtiges Handeln, aber die wirtschaftlichen und sozialen Kosten einer Unterbrechung könnten manchmal zu hoch sein", sagt Juanes.„In anderen Fällen wäre es ein enormer Vorteil, wenn die Behörden Reisebeschränkungen auferlegen würden. Der Preis der Anarchie ist ein quantitatives Maß, das Bereiche identifiziert, in denen sich ein Eingreifen auszahlen könnte.“
"Obwohl die Studie ein idealisiertes Szenario ist, gibt sie den Behörden Aufschluss darüber, wann und wo es wichtig wäre, im Falle eines Ausbruchs oder im Extremfall von Bioterrorismus Streckenbeschränkungen für die menschliche Mobilität aufzuerlegen. “, sagt Nicolaides, der Erstautor des Papiers, der durch ein Vergottis-Stipendium der MIT School of Engineering finanziert wurde. "Aber man muss die Struktur des zugrunde liegenden Mobilitätsnetzes und seine Verkehrseigenschaften berücksichtigen. Von der Politik initiierte Maßnahmen in Gebieten mit geringem Verkehr zu verhängen, würde keinen wesentlichen Nutzen für die Eindämmung einer Epidemie bringen."
In ihren Modellen verfolgten die Forscher eine Infektionskrankheit, die sich über Pendlernetzwerke in den angrenzenden Vereinigten Staaten ausbreitete, und stellten fest, dass der Preis der Anarchie für die Ansteckung je nach Nähe eines Netzwerks zu wichtigen Pendlerkorridoren variiert.
"Ein Pendlernetzwerk kann sehr lokal sein, aber eine gewisse Ansteckung hängt mit weiter entfernten Reisenetzwerken zusammen", sagt Cueto-Felgueroso. "Deshalb sehen wir einen höheren Preis für Anarchie in der Nähe von Hauptverkehrsadern wie der Interstate 95 im Nordosten der Vereinigten Staaten."
Die Forscher hatten zuvor die Ausbreitung von Krankheiten über das Luftverkehrsnetz untersucht und festgestellt, dass die Vernetzung und Lage eines Flughafens im Netzwerk, nicht nur die Anzahl der Reisenden, die sich durch ihn bewegen, der Schlüssel zu seiner Ausbreitungsfähigkeit waren Krankheit.
Juanes sagt, dass der nächste Schritt in dieser Arbeit darin besteht, den Preis der Anarchie für die Ansteckung auf den 7.000 Flughäfen der Welt zu messen.
"Meiner Ansicht nach könnte das MIT-Papier einen Wendepunkt auf dem Gebiet der Epidemiemodellierung darstellen", sagt Dirk Brockmann, außerordentlicher Professor für Ingenieurwissenschaften und angewandte Mathematik an der Northwestern University, der nicht an der Forschung beteiligt war. „Die Einbeziehung von Entscheidungsfindungs- und spieltheoretischen Komponenten in Modelle der Krankheitsdynamik ist massiv überfällig und unerlässlich, da selbst die ausgefeiltesten Modelle diese Art von Feedback nicht berücksichtigen. Da Mobilität eine so sensible Komponente in Bezug auf die Gest altung der Krankheitsdynamik ist, ist der Ansatz der Forscher sehr plausibel und identifiziert deutlich das faszinierende Zusammenspiel von egoistischem Handeln und politischem Handeln im Kontext der Epidemiologie. Das wird in Zukunft sehr wichtig sein."
