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
Estátua representativa da biodiversidade do planeta Terra

Seminários de Tese no âmbito do Doutoramento em Biologia e Ecologia das Alterações Globais.

O encontro reúne cientistas, profissionais e estudantes de diferentes áreas e regiões do país focados em desenvolver a investigação marinha, em linha com a Década da Ciência Oceânica para o Desenvolvimento Sustentável, proclamada pelas Nações Unidas (2021-2030).

Formação modular de 13 de abril a 11 de maio - produção em permacultura.

Atividade no âmbito da Semana sobre Espécies Invasoras: Portugal & Espanha 2024, assinalada pela SPECO - Sociedade Portuguesa de Ecologia.

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Forests are exposed to multiple global change drivers, wich can constrain their ability to continue providing several ecosystem services (including climate change mitigation). Assessing responses - and underlined mechanisms -  at the whole ecosystem scale is paramount for a holistic understanding of forest response to global change.

Seminário Permanente de Filosofia das Ciências, por Jean-Baptiste Joinet (Université Jean Moulin Lyon 3, IRPhiL).

Seminário do Centro de Física Teórica e Computacional, por Eduardo V. Castro (Departamento de Física e Astronomia, Faculdade de Ciências, Universidade do Porto, Portugal).

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Este ano, queremos voltar a encher o nosso campus com a presença de todos os estudantes que queiram participar neste evento.

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Evento final do Projeto iSEA, com inscrições até 30 de abril.

Seminário do Departamento de Física de Ciências ULisboa, por Kora Muzic (Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, FCUL).

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Workshop no âmbito da recente adesão da Universidade de Lisboa à CoARA - Coalition for Advancing Research Assessment.

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Os estágios podem ter uma duração entre duas semanas e dois meses e realizam-se nos três polos do LIP - candidaturas até 15 de maio.

Os oradores plenários irão falar sobre a importância da interdisciplinaridade de forma acessível para todos, estando previstas palestras e apresentação de pósteres por alunos.

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Candidaturas até 15 de maio.

Um evento dirigido aos alunos do ensino secundário, consistindo numa palestra sobre a microscopia e em visitas aos laboratórios de microscopia/demonstrações experimentais simples.

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A minha Jornada pela Matemática: Descobertas, Escolhas e Desafios, por Ana Catarina Monteiro - estudante do Mestrado em Matemática (Licenciatura: Matemática).

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Candidaturas até 25 de maio (mobilidades no 1.º semestre).

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O programa decorre de 08 a 26 de julho, com candidaturas até 03 de junho.

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