В 2016 году группа учащихся средней школы во Флориде приняла участие в интерактивном уроке о вспышках инфекционных заболеваний, обменявшись наклейками, чтобы имитировать распространение вируса. Упражнение, разработанное их учителем Тоддом Брауном в сотрудничестве с Пардисом Сабети, специалистом по вычислительной генетике и членом Института Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда, с тех пор превратилось в полностью захватывающий опыт под названием Operation Outbreak , в котором используется Bluetooth-устройство. мобильное приложение для имитации распространения возбудителя между отдельными телефонами участников. Более 50 школ по всей стране использовали это приложение вместе с соответствующими планами уроков и учебником для моделирования вспышек в масштабах всего кампуса и обучения учащихся науке о вспышках.
«Мобильные приложения имеют огромный потенциал как в образовании, так и в исследованиях», — сказал Андрес Колубри, который разработал приложение в качестве исследователя вычислений в лаборатории Сабети, а сейчас является профессором Медицинской школы Массачусетского университета. «Игры-симуляторы могут быть очень захватывающими, интерактивными и реалистичными, а также способны генерировать обширные наборы данных для изучения сложных динамических систем, таких как население во время вспышки инфекционного заболевания».
Приложение развивалось с годами и теперь включает в себя множество реалистичных функций. Пользователи могут сканировать QR-коды, чтобы использовать такие вмешательства, как вакцины, диагностические тесты, маски или защитные костюмы. Затем приложение записывает данные, включая номера случаев, а также время, расстояние и продолжительность взаимодействия между участниками, которые исследователи могут использовать для картирования распространения вируса. Приложение также отслеживает людей, с которыми взаимодействует зараженный человек, как непосредственные контакты (контакты первой степени), так и их контакты (контакты второй степени).
Колубри и его команда продолжают разрабатывать новые версии приложения, которые являются более реалистичными и предоставляют ученым больше информации, например, о продолжительности каждого контакта между пользователями и расстоянии между ними или об эволюционирующей последовательности генома патогена по мере его распространения от человека. человеку.
«Мы можем довольно реалистично смоделировать многие аспекты распространения патогенов и наши инструменты для его смягчения, и мы постоянно стремимся улучшить захватывающий и реалистичный характер опыта», — сказал Сабети. «Студентам не нужно ждать настоящей вспышки, чтобы понять, как они могут развиваться».
В исследовании, недавно опубликованном в Patterns , команда описывает результаты моделирования Operation Outbreak в Университете Колорадо-Меса (CMU) и Университете Бригама и Янга (BYU). Они обнаружили, что участники обоих кампусов имели значительно больший контакт с инфицированными студентами, чем показали только их контакты первой степени. Они также построили эпидемиологическую модель на основе данных и обнаружили, что увеличение количества тестов и вакцинации в периоды повышенной социальной активности резко снижает количество случаев заболевания.
«В этих симуляциях мы стремимся всесторонне смоделировать ключевые технические и социально-поведенческие аспекты реальных вспышек и поощряем участников к творческому и стратегическому мышлению о том, как распределять ресурсы», — сказал Киан Сани, руководитель программы Operation Outbreak. «Мы многому учимся, наблюдая за тем, как студенты борются за смягчение последствий и сдерживание этих смоделированных чрезвычайных ситуаций в области общественного здравоохранения».
Мы встретились с Брин Лофтнесс, приглашенным аспирантом-исследователем в лаборатории Сабети, который помог развернуть операцию «Вспышка» в качестве студента CMU, и Иваном Шпехтом, аспирантом-исследователем Гарвардского университета в лаборатории Сабети и первым автором исследования, чтобы узнать больше о как студенты колледжа использовали приложение и что команда узнала из развертывания в кампусе. Следующее интервью было отредактировано из соображений длины и ясности.
Что самое главное вы узнали из развертывания Operation Outbreak в CMU и BYU?
БЛ: Кое-что, что я и многие другие студенты получили, — это более глубокое понимание потенциально огромного количества контактов второй или третьей степени, которые может иметь человек. Вы можете ожидать, что у вас будет, скажем, три контакта первой степени, но на самом деле ваших контактов второй степени может быть целых 50 или 80. Это мы поняли и во время этой пандемии. Лучшее понимание этой реальной статистики — я думаю, что это ценная информация, которую каждый может извлечь из развертывания.
Что делает приложение хорошим способом сбора данных?
БЛ: Приложение доступно и масштабируемо, потому что оно может использоваться практически кем угодно и является анонимным, что позволяет нам набирать участников и отслеживать их перемещения, не беря от них никаких личных данных, таких как их фактическое местоположение или кто они.
ИС: Одна из вещей, которая действительно отличает это приложение от других приложений для отслеживания контактов, заключается в том, что оно образовательное. Я думаю, что люди намного меньше колеблются в использовании приложения, если они действительно что-то извлекают из него, а не просто постоянно что-то работает в фоновом режиме на своих телефонах.
Предоставлено: Институт Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда.
Как учащиеся отреагировали на использование Operation Outbreak?
БЛ: В целом это было очень позитивно. Приложение является гибким в том смысле, что учащийся может взаимодействовать с ним по-разному в зависимости от того, насколько сильно он хочет участвовать. Студенты, которые были действительно мотивированы, смогли использовать больше функций программы, таких как интерактивные викторины и вмешательство QR-кода, в то время как другие просто скачали ее и запустили в фоновом режиме.
ИС: В УБЯ меня воодушевляло видеть, насколько эта симуляция побудила студентов участвовать в научных проектах по вспышкам. Студенты сформировали клуб Operation Outbreak и создали веб-сайт, чтобы облегчить моделирование. После того, как мы собрали данные моделирования, некоторые люди из этой команды помогли нам с некоторыми анализами, и я был очень взволнован, увидев, насколько они готовы участвовать в таком способе обучения.
Как кампусы могут использовать то, что они узнают из приложения?
БЛ: Если вы позволите учащимся провести подобное моделирование и собрать информацию, например, сколько в среднем контактов у студентов первой и второй степени, вы сможете внедрить политику, основанную на этой информации. Мы призываем учащихся помочь нам понять их, а также помочь этим учащимся узнать о себе. Если бы участник знал, что у него было три контакта первой степени и 126 контактов второй степени, как мы наблюдали в УБЯ, он потенциально мог бы изменить свое поведение без каких-либо изменений протокола в кампусе.
Что бы вы хотели включить в будущие версии приложения?
БЛ: После каждой симуляции Operation Outbreak мы получаем обратную связь и вносим изменения. Например, между симуляциями CMU и BYU была полная итерация, которая сделала приложение лучше. Было очень увлекательно видеть, как много людей посвящают время системе, что и делает операцию «Вспышка» такой динамичной.
ИС: Сейчас операция «Вспышка» предполагает наличие одного патогена, который не мутирует и имеет определенный уровень заразности. Я бы очень хотел включить очень подробную модель мутации, чтобы операция «Вспышка» могла производить данные, которые выглядят идентичными реальным данным о вспышке. Сейчас мы работаем над тем, чтобы включить вещи, которые могут еще больше повлиять на поведение людей, например, полную экономическую модель, которая определяет, кто имеет доступ к таким вещам, как вакцины и диагностические тесты.