将来のパンデミック パターンの予測 | ASUニュース

2022 年 11 月 18 日

世界保健機関によると、2020 年以降、コロナウイルスは 6 億 2,700 万人以上に感染し、650 万人以上が命を落としています。 COVID-19 は、世界のほぼすべての国に負担をかけ、世界中の経済と医療システムを根本的に変えています。

全米科学アカデミー紀要に掲載された、1,600 にさかのぼるパンデミックのデータを分析した研究では、コロナウイルスのような病気によって引き起こされる将来のパンデミックは、より頻繁に発生すると予想されます。 この研究では、今後数十年で深刻な病気が発生する可能性が年間で 300% 増加する可能性があると推定しています。

機械学習の専門家である Pavan Turaga 教授は、機械学習を使用して将来のパンデミックの社会的影響を軽減することを調査する学際的な研究チームを率いています。 写真提供:Unsplash
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脅威が迫りつつある中、アリゾナ州立大学の 17 人の研究者からなるチームは、機械学習の力を利用して、これらの将来のパンデミックの影響を最小限に抑えようとしています。

Herberger Institute for Design and the Arts の School of Arts, Media and Engineering のディレクターであり、Ira A. Fulton Schools の一部である School of Electrical, Computer and Energy Engineering の教授である、機械学習の専門家である Pavan Turaga が率いています。 ASU のエンジニアリング チームは、計算科学、生物科学、社会科学の専門家を集めて、パンデミックに対する立法と医療の対応を知らせるために、新しい病原体と既存の病原体の両方の拡散を予測するのに適応できるモデリング ツールを開発しています。

チームは、プロジェクトを前進させるために、全米科学財団 (NSF) のパンデミック予防プログラムのための予測インテリジェンスからわずか 26 の助成金のうちの 1 つを獲得しました。

ツラガ氏によると、病原体の拡散を予測するために使用されている現在の数学的モデルは、社会経済的条件や極端な暑さなどの気候要因などのニュアンスを考慮していない数十年前の設計に基づいている. これらの要因は複合効果としても知られています。

「パンデミックの拡大を確実に予測できる信頼できるモデルはまだありません」とTuraga氏は言います。 「助成金は、別の狭いモデルを開発することではなく、現在考慮されていない要因と、以前に使用されたものに対してどのような新しい手法を活用できるかを「スキャン」することです。」

研究を通じてパンデミックを克服するために協力する

当初、研究者は、2020 年の NSF の迅速な対応研究プログラムのための助成金の下でコロナウイルスの蔓延を研究およびモデル化するために、3 つの異なる助成金によって資金提供されたプロジェクトに取り組んでいるチームで構成されていました。研究チームは互いに連絡を取り合い、予測について知りました。 Intelligence Pandemic Prevention プログラムに参加し、新しい 18 か月の研究助成金の下で、Turaga と 4 人の共同主任研究者が率いる 1 つの大規模な学際的なチームとして結集しました。

電気工学の助教授である Gautam Dasarathy は、パンデミック拡散モデリングのための機械学習の取り組みを主導する共同主任研究員です。

「この研究に参加できることを非常に光栄に思い、興奮しています」と Dasarathy 氏は言います。 「数例を挙げると、ウイルス学、シーケンシング、廃水分析からデータサイエンス、制御、暗号化に至るまでの専門知識を持つ真に多様な研究者チームが結集します。」

別の共同主任研究員である ASU の地理科学および都市計画学部の知識交換のレジリエンス担当エグゼクティブ ディレクターであるパトリシア ソリスは、人間の行動および社会経済的要因がパンデミックの蔓延モデルにどのように影響するかを調べるチームを率いています。 ソリスの目標は、パンデミック対応の決定を下すコミュニティ リーダーとつながり、COVID-19 のパンデミック フェーズと、世界が病気と共に生きることを学ぶフェーズの両方でどのような基準が考慮されているかを判断することです。

「どのような種類のデータ、モデル、情報、および洞察が使用されており、より良い意思決定のために他に何が必要ですか?」 ソリスが尋ねる。 「ASU憲章に従って、堅牢であるだけでなく、公的価値のある研究に真に役立つより良いモデルを設計する方法について、ASUの科学者との会話にこれを戻すことを目指しています。」

フルトン スクールの一部であるコンピューティングおよび拡張知能学部のコンピューター サイエンスおよびインダストリアル エンジニアリングの准教授であるもう 1 人の共同主任研究者である Giulia Pedrielli は、ユーザーのプライバシーを尊重しながら、最善の方法を決定するためにモバイル センシング活動の専門知識を提供しています。パンデミック対応リソースを割り当てる。

ペドリエリの研究者は、パンデミック対応の決定を通知するための追加要因の検討が、社会にとってより良い結果につながると考えています。

「パンデミック拡大のメカニズムだけでなく、行動に対する政策の影響の複数の多様な側面を考慮して、テストとリソース割り当ての決定に行動を含めることで、リソースの分配がより公平になることを願っています」と彼女は言います.

Visar Berisha は、Fulton Schools の電気工学の准教授であり、College of Health Solutions で 2 つの任命を受けています。共同主任研究員であり、機械学習を使用して、血液、唾液、組織から採取した生物学的サンプルを使用して数値パラメーターのパターンを分析するチームを率いています。廃水。

ベリシャは、生物学的サンプル研究が、コロナウイルスの新しい亜種やまったく新しい病気などの新しい病原体を常に監視する、簡単にアクセスできるダッシュボードに使用できることを望んでいます。

「さまざまな社会経済コホートを持つ米国のさまざまな地域に基づいて、これらの病原体のリスクを人々に知らせるために、その場で正確な介入を開発するという考えです」と彼は言います. 「彼らが自分自身と周囲の人々を守るために何ができるかについて実用的な情報を提供することで、私たちは拡散を減らし、結果を改善することができます.」

この実用的な情報には、免疫システムが損なわれている人やリスクの高い環境で働く人にマスクを着用するように勧めたり、COVID-19 の最悪の影響を受けやすい人に追加のブースターショットを取得するようにアドバイスしたりするなど、公衆衛生上のアドバイスが含まれる可能性があります。

研究仲間の助けを借りて

最初は ASU の研究者のみがプロジェクトに関与しますが、チームはその取り組みを支援するために外部組織とのパートナーシップを築くことを目指しています。 これには、ベリシャの研究グループが ASU コミュニティから収集した血液サンプルを分析する Creative Testing Solutions や、生物学的サンプルを分析して免疫系が病原体にどのように反応するかを判断する Cowper Sciences Inc. が含まれます。

ASUの専門家チームに加えて、学生はプロジェクトを支援することで実践的な研究経験を積む機会があります。

ベリシャ氏は、このプロジェクトは、ASU の研究者が貢献できるさまざまな専門知識と調査の範囲と深さのために、ASU で研究を行うことの利点を示していると述べています。

「非常に重要な問題に取り組むために、同じ屋根の下で集まって、日常的に非常に異なる帽子をかぶっている人々がいます」と彼は言います。

Pavan Turaga、Visar Berisha、Giulia Pedrielli、Gautam Dasarathy、Patricia Solis に加えて、研究グループには他のフルトン スクールの研究者が含まれています。 ダニエル・リバー、化学工学の教授 物質・輸送・エネルギー工学部; ロルフ・ハルデン、ディレクター 環境健康工学バイオデザインセンター および土木環境工学の教授 持続可能な工学部と建築環境; Lalitha Sankar 氏、School of Electrical, Computer and Energy Engineering の電気工学准教授。 Ni Trieu は、School of Computing and Augmented Intelligence のコンピューター サイエンスの助教授です。

グループには以下も含まれます エリック・ジョンストン、ASUの暫定副所長および教授 未来社会イノベーションスクール; マイケル・シメオネ、ASUの准研究教授 サステナビリティの学校 そしてその グローバル生物社会的複雑性イニシアチブ; ティモシー・ラント、ASUのプログラム開発ディレクター ナレッジ エンタープライズ; ウェンウェン・リー、ASUの地理科学および都市計画学部の地理情報科学の教授。 ライモナス・ケルバウカス、ASUのナレッジエンタープライズの研究科学者。 エフレム・リム、ASUの微生物学の准教授 生命科学部; マシュー・ボウマン、ASU の College of Health Solutions の教授兼ディレクター。 と ニール・ウッドベリー、ASU のナレッジ エンタープライズの副社長兼最高科学技術責任者。

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