Seminário

Data informed reaction-diffusion models for mitigating the spread of diseases in urban environments

Sala 3.2.16, Ciências ULisboa

Por Jesús Gómez-Gardeñes (University of Zaragoza, Spain).

The ongoing trend of increasing urbanization poses a complex challenge for epidemiology. In highly populated cities, where people interact closely, infectious diseases can spread more easily. Several factors, including higher population density, easier transmission of pathogens, and disparities in socioeconomic status within urban areas, make these places more susceptible to epidemics [1-3]. However, amid these urbanization challenges, cities also offer opportunities for innovative approaches to epidemiology. Recent scientific advancements, particularly in network epidemiology and metapopulation modeling, hold promise for addressing the intricacies of infectious diseases in urban settings effectively [4,5]. In this seminar, we will explore how people's recurrent mobility patterns [6] and their distribution within a city can be used to design efficient testing and containment strategies to combat epidemics, especially when resources are limited.

We will present two applications. First, we will address the efficient allocation of biocontrol resources to abate vector-borne diseases. In 2009, it was discovered that when Aedes aegypti mosquitoes are infected with a bacterium called Wolbachia transmission of the dengue virus from mosquitoes to humans is drastically reduced. Unfortunately, Aedes mosquitoes do not acquire Wolbachia in their natural environment, this bacterium has to be introduced in a laboratory and, then, the mosquitoes are released in areas affected by dengue transmission. A difficult question to answer is how to spatially distribute Wolbachia-carrying mosquitoes so that their immunizing effect reaches and protects as many people as possible. To do this, we begin by developing a data informed metapopulation model that is able to recreate and predict the spatial spread of dengue in a given region [7]. Once the basic ingredients of the spread of dengue disease are understood, the most important geographical areas for the emergence of an epidemic are analyzed, allowing the generation of a geographical immunization ranking.

The second application is a model that allows to identify the ideal locations of test resources within the backbone of the urban transportation network of a city. In particular, the proposed model allows us to calculate the spatial and temporal progression of an epidemic and determine its threshold [8]. Once presented the setup and its behavior we will leverage on the new ingredient introduced in our model to identify those critical fluxes that trigger the onset of epidemic waves in urban environments. Then we explore a practical surveillance strategy that involves limited daily testing resources. We target these tests at individuals traveling through the identified critical pathways. Our findings indicate that by concentrating tests on a small number of travel routes (those identified as most critical), we can achieve optimal mitigation, resulting in a lower attack rate, a reduced and delayed epidemic peak, and an early alert for public health systems. To conclude, we present a realistic application of our strategy by mapping critical mobility flows between different city areas into routes between major public transportation stations.

Bibliography:

  • [1] E. Alirol, L. Getaz, B. Stoll, F. Chappuis, and L. Loutan, Lancet Infectious Diseases 11, 131 (2011)
  • [2] V.J. Lee, M. Ho, C.W. Kai, X. Aguilera, D. Heymann, and A. Wilder-Smith, Lancet Infectious Diseases 20, 527 (2020)
  • [3] S. Hazarie, D. Soriano-Paños, A. Arenas, J. Gómez-Gardeñes, and G. Ghoshal, Communications Physics 4, 1 (2021)
  • [4] V. Colizza, R. Pastor-Satorras, and A. Vespignani, Nature Physics 3, 276–282 (2007)
  • [5] D. Balcan, V. Colizza, B. Gonçalves, H. Hu, J. J. Ramasco, and A. Vespignani, Proceedings of the National Academy of Sciences (USA) 106, 21484 (2009)
  • [6] J. Gómez-Gardeñes, D. Soriano-Panos, and A. Arenas, “Critical regimes driven by recurrent mobility patterns of reaction–diffusion processes in networks”, Nature Physics 14, 391–395 (2018)
  • [7] A Reyna-Lara, D Soriano-Paños, JH Arias-Castro, HJ Martínez, J Gómez-Gardeñes, Chaos 32, 041105 (2022)
  • [8] Valgañón, D. Soriano-Paños, A. Arenas, J. Gómez-Gardeñes, Chaos 32, 043102 (2022)
11h00-12h00
CFTC - Centro de Física Teórica e Computacional
Título "European Strategy Discussion" e mapa estilizado da Europa

O encontro visa promover o diálogo entre investigadores e consolidar ideias para a contribuição nacional - uma oportunidade única para alinhar as prioridades científicas de Portugal com a estratégia europeia, discutir os desafios da área e reforçar a colaboração entre investigadores.

Seminário de Lógica Matemática, por Luís Pereira (Universidade de Lisboa).

Seminário do Centro de Estatística e Aplicações da Universidade de Lisboa e do Centro de Matemática Computacional e Estocástica, por Milan Stehlík (Institute of Statistics, Universidad de Valparaíso, Valparaíso, Chile).

Representação antiga da cidade de Lisboa

Evoluir Juntos para Co-Criar o Futuro de Lisboa e Inspirar Portugal.

Sessão com a participação de membros de CIÊNCIAS.

Título/data/local do evento e fotografia de barragem

Concerto pelo Coro de Câmara da Universidade de Lisboa (CCUL) da Associação Coral da Universidade de Lisboa (ACUL), e que integra a iniciativa Música na Universidade de Lisboa.

O evento, que conta com a participação do CIUHCT, terá a participação, entre outros, do matemático e historiador da matemática Professor Robin Wilson (Reino Unido) e do criador do primeiro museu de ciência dedicado inteiramente à matemática, Professor Albrecht Beutelspacher (Alemanha).

Minicurso por Pedro M. Silva (Pós-doc - CEMS.UL).

Dois estudantes em frente a um computador

Uma iniciativa integrada no Projeto de Promoção de Sucesso e Redução de Abandono no Ensino Superior, com inscrições até 25 de janeiro.

Logótipo da ULisboa, título/data/local do evento e fotografia de professora e estudantes numa biblioteca

Workshop no âmbito do Programa de Promoção da Saúde Mental e do Bem-Estar na ULisboa.

Título/data/local do evento e fotografia de Vítor Cardoso

Prémio atribuído a Vítor Cardoso, Professor Catedrático no Departamento de Física do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa e Diretor do Centro de Gravidade do Instituto Niels Bohr da Universidade de Copenhaga, Dinamarca.

Título do curso e logótipo do CEAUL

Aprenda a organizar e analisar dados com foco na obtenção de soluções orientadas para a resolução de problemas.

Data/título do evento/frase "(Re)começa agora. É a tua vez!", sobre fotografia de balões de ar quente

(Re)começa agora. É a tua vez!

Com o Inverno já a deixar a sua marca nos ramos nus das árvores, é tempo também de as ajudarmos a crescer na Primavera que se seguirá!

Logótipos CIÊNCIAS/CEAUL, indicação do título/data/orador e representação do cérebro humano

Participants will be introduced to using R in real life situations. From the start, this hands-on practical workshop will focus on following good programming and data analysis practices. 

Ação de formação para docentes e investigadores de CIÊNCIAS.

Fotografia de João Paulo Dias

A Celebration of his 80th Birthday - registration until 24 January.

Título e datas de candidaturas aos prémios, sobre uma imagem abstrata

Candidaturas abertas até 14 de fevereiro - em 2025, serão atribuídos 26 Prémios e 52 Menções Honrosas.

Banner do Dia do DEGGE 2025.

Um evento dedicado às três áreas de estudo do Dia do Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia: Engenharia da Energia e Ambiente; Meteorologia, Oceanografia e Geofísica; Engenharia Geoespacial.

Título "Bolsas de Doutoramento Unite! ULisboa", logótipos das entidades promotoras e fotografia de jovem investigadora a utilizar um laptop na esplanada de um café

O 4.º concurso decorre até 28 de fevereiro.

Composição de imagens relativas à área das ciências forenses

O curso visa disponibilizar aos profissionais com formação universitária inicial ao nível da licenciatura os conhecimentos básicos e a informação necessária ao eventual futuro ingresso e exercício de funções em áreas Médico-Legais e Forenses - candidaturas até 05 de fevereiro.

Reitoria da ULisboa

O ato eleitoral decorrerá nos dias 31 de março e 01 de abril de 2025.

O maior evento de empregabilidade de CIÊNCIAS, a decorrer nos dias 08 e 09 de abril.

A leading venue for presenting and discussing the latest research, industrial practice and innovations in dependable and secure computing.

Um concurso de programação dirigido aos alunos do ensino secundário (11.º e 12.º anos), que visa promover a prática e o gosto pela programação.

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