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 do programa e fotografias de jovens investigadores

Chegou a hora! Os participantes do programa Ser Cientista vão apresentar os projetos que desenvolveram ao longo de uma semana, acompanhados por docentes e investigadores de CIÊNCIAS. E todos podem assistir!

Título e data da iniciativa

A iniciativa conta com a participação do MARE - Centro de Ciências do Mar e do Ambiente e do LASIGE Computer Science and Engineering Research Centre.

Aluna a utilizar um computador portátil

A Escola Doutoral Unite! Widening visa apoiar diretamente estudantes de doutoramento que realizem investigação numa das quatro áreas estratégicas selecionadas pelo projeto - as candidaturas decorrem até 26 de julho.

Campus de CIÊNCIAS

No arranque de mais um ano letivo, CIÊNCIAS dá as boas-vindas aos seus novos docentes e investigadores, numa iniciativa organizada em dois momentos distintos.

Pormenor de lâmpada

Candidaturas a decorrer de 01 a 30 de setembro.

Microplásticos no ocerano

O curso procura dar formação sobre a problemática da contaminação por detritos de plástico dos nossos ecossistemas, bem como alertar para os potenciais efeitos deletérios nos organismos, utilizando uma abordagem de ensino científico, com um discurso adequado a formandos sem formação científica - candidaturas até 03 de agosto.

Logótipo do evento, sobre fotografia dos Açores

Um simpósio internacional que reúne investigadores especializados em várias disciplinas (taxonomia, ecologia da vegetação, biogeografia, filogeografia, paleoecologia ou conservação da biodiversidade), focados na flora e vegetação terrestre e marinha da região da Macaronésia (Açores, Madeira, Selvagens, Canárias e Cabo Verde).

Utilizadora de computador portátil numa sala de aula

Esta oficina de formação, já na sua 3.ª edição, capacitará os professores do ensino secundário das ferramentas necessárias para promover a introdução dos estudantes à programação desde o 10.º ano - candidaturas até 15 de setembro.

Quatro investigadores num laboratório

O curso visa capacitar investigadores, docentes e técnicos para integrar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais académicos - candidaturas até 16 de setembro.

Três investigadores num laboratório

O curso visa capacitar profissionais para aplicar os princípios da economia circular em ambientes laboratoriais industriais, promovendo práticas sustentáveis e eficientes - candidaturas até 17 de setembro.

Composição de imagens relativas à área das ciências forenses

O curso visa dotar os formandos com os conhecimento necessários à integração de equipas profissionais multidisciplinares nas áreas Médico-Legais e Forenses, em Laboratórios ou Serviços Médico-Legais e Forenses - candidaturas até 27 de julho.

Logótipo do evento

Um evento promovido pelo Departamento de Física da Faculdade de Ciências da ULisboa, com um duplo objetivo: valorizar a diversidade e excelência da formação dos doutorados e promover um espaço de diálogo direto entre empresas e estudantes.

Cientista a trabalhar com tubos de ensaio

Os participantes neste curso irão adquirir os conhecimentos essenciais à integração de equipas profissionais multidisciplinares na área das Análises Clínicas/Patologia Clínica, em laboratórios privados, públicos, hospitalares ou do Estado - candidaturas até 27 de julho.

Saída de campo (Geologia)

O curso, com candidaturas até 20 de julho, convida os professores do Ensino Básico e Secundário a explorar a Geologia a partir das rochas que afloram nas imediações da sua escola.

Gotas de água

O curso visa capacitar os formandos para a aplicação dos índices de qualidade ecológica utilizados na avaliação da qualidade ambiental em sistemas de transição, no âmbito da Diretiva Quadro da Água (DQA) - candidaturas até 31 de agosto.

Mão a segurar em globo de vidro

Este curso de formação acreditado convida educadores e outros interessados a aprofundar a sustentabilidade marinha, explorando ferramentas pedagógicas inovadoras e práticas concretas para inspirar a próxima geração - candidaturas até 21 de setembro.

Astronauta, banhado pela luz solar, no meio de uma floresta

Candidaturas até 30 de julho - um evento único, que reunirá estudantes de mestrado e doutoramento com investigadores e líderes da indústria de toda a Europa para uma experiência inesquecível.

Lupa e caneta sobre página com texto e gráfico

O curso visa dar formação inicial a estudantes de pós-graduação sobre o processo de escrita, submissão e publicação de trabalhos científicos, focando principalmente a publicação de artigos científicos em revistas internacionais com revisão por pares.

Composição de três imagens relativas à área da deteção remota

2.ª edição do curso, com candidaturas até 18 de outubro.

Iconografia relacionada com a temática do curso

O curso fornece uma exploração aprofundada de isótopos estáveis como uma ferramenta valiosa em Ecologia, usando assinaturas isotópicas para rastrear processos ecológicos e revelando insights sobre o ciclo de nutrientes e água, interações de espécies e condições ambientais em diversos ecossistemas e comunidades.

O evento pretende reunir investigadores que trabalhem sobre temas ligados à indústria e sobre património técnico e industrial, para uma reflexão prospetiva sobre o património industrial e atuais vias de colaboração no seu estudo, salvaguarda e preservação.

Computador portátil a projetar imagem de sequência biológica

O curso visa a aquisição de conhecimentos sobre as ferramentas bioinformáticas disponíveis para efetuar análises de sequências de DNA e proteínas, bem como a autonomia e espírito crítico na utilização dessas ferramentas. Procura igualmente desenvolver competências na utilização de software de bioinformática disponível gratuitamente na Internet e na interpretação do significado biológico dos resultados.

Bola de cristal colocada no solo

O curso tem como objetivo apresentar aos participantes um estado da arte atualizado sobre a diversidade da biota do solo e os papéis funcionais desempenhados pelos organismos do solo nos principais processos ecológicos.

A conferência visa reunir os principais especialistas no domínio da Imagiologia Médica por Micro-ondas (MMWI) e incluirá palestras, apresentações e pósteres de resumos revistos por pares e artigos de conferências, bem como workshops em áreas satélite de investigação com interesse para a investigação em MMWI.