正如最近H1N1流感大流行所体现的那样,为紧急疫情制定遏制战略需要进行有效预测,并回答三个基本问题:将有多少人感染,在哪里感染,何时感染?要回答最后两个问题,需要了解流行病传播的有效速度。物理模型可以将速度与底层过程的关键参数联系起来。一类常用的模型是所谓的反应扩散模型,其中“反应”指的是感染,而人们的运动被假定为“扩散——一种随机运动”。这些模型通常预测速度随着扩散的大小而增加。然而,人类的流动性与假定的扩散有着显著的不同。这一事实对这些模型的预测提出了挑战,并对其普遍特征提出了质疑。
本文中描述的主要方法用一个更现实的人类流动模式模型取代了扩散模型。在新的模式中,个人有自己的基地,通常只在这些基地的有限数量的地方频繁活动,这是一种与扩散截然不同的流动模式。这种更现实的描述导致了一些与反应扩散模型截然不同的预测:第一,无论移动/居住个体系统的整体流动性有多高,流行病传播速度都有一个上限。这意味着反应扩散模型可能高估了传播速度。第二,存在一种新的爆发阈值,即个体在不同地点之间旅行的频率。即使不同的地方或人口之间的联系方式存在差异,这两种影响也会显著地显现出来。这些见解不仅对遏制战略的制定很重要,而且为改进用于预测未来疫情的计算模型奠定了基础。此外,除了人类流行病学之外,这项工作还应该在人类或动物生态学、种群动力学和进化的广泛科学问题中找到潜在的应用。