2018 Fiscal Year Annual Research Report
Practical Applications and New Development of the Control Strategy of Infectious Diseases based on the Stochastic Approach
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16K06416
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
石川 昌明 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30201916)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 確率システム / 感染症モデル / 時間遅れ / 安定性 / 確率最大原理 / シミュレーション |
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| Outline of Annual Research Achievements |
21世紀は感染症の時代とも言われ，効果的な感染症抑制戦略の早期実用化が求められている．しかし，従来の抑制戦略の大半は決定論的モデルに基づいており，未だ十分に実用化されていないのが現状である．そこで，本研究では，環境変化による不規則な揺らぎを取り入れた現実的な確率感染症モデルを構築し，ワクチン接種率を制御入力と考え，確率制御理論の立場から感染症抑制戦略の実用化の基礎を築いた．具体的には以下の研究を行った．
１．生物社会における感染症を対象に環境変化による免疫率・回復率などの不規則な揺らぎ，感染伝播の時間遅れ，感染齢を取り入れた実際に即した確率感染症モデルを確率解析理論に基づき構成した．
２．感染者1人が生産する2次感染者数(基本再生産数R_0という)が1より小さくなれば感染者数0の平衡状態が安定になり，感染症の流行は阻止可能と考えられるが，ワクチン接種による感染症制御においてはR_0が1より小さくても感染者が定在する状態が安定となる場合がある．そこで, 確率分岐理論を応用し，時間遅れを伴う感染症伝播を阻止可能な基本再生産数を解析した．この結果により，感染症の流行が抑制可能なワクチン接種率の推定が可能になった．
３．リアプノフ指数を計算することにより，外乱が平衡解の安定化作用を有していることを明らかにした．
４．ワクチン接種率を制御入力，各個体群密度を状態変数として，感染者密度とワクチン接種率からなる評価関数を設定し，感染症抑制戦略構築を確率最大原理を用いて最適な感染症抑制戦略を構築した．構築した感染症抑制戦略の有効性をシミュレーションにより検証した．
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