Statistical physics of vaccination

Historically, infectious diseases caused considerable damage to human societies, and they continue to do so today. To help reduce their impact, mathematical models of disease transmission have been studied to help understand disease dynamics and inform prevention strategies. Vaccination–one of the most important preventive measures of modern times–is of great interest both theoretically and empirically. And in contrast to traditional approaches, recent research increasingly explores the pivotal implications of individual behavior and heterogeneous contact patterns in populations. Our report reviews the developmental arc of theoretical epidemiology with emphasis on vaccination, as it led from classical models assuming homogeneously mixing (mean-field) populations and ignoring human behavior, to recent models that account for behavioral feedback and/or population spatial/social structure. Many of the methods used originated in statistical physics, such as lattice and network models, and their associated analytical frameworks. Similarly, the feedback loop between vaccinating behavior and disease propagation forms a coupled nonlinear system with analogs in physics. We also review the new paradigm of digital epidemiology, wherein sources of digital data such as online social media are mined for high-resolution information on epidemiologically relevant individual behavior. Armed with the tools and concepts of statistical physics, and further assisted by new sources of digital data, models that capture nonlinear interactions between behavior and disease dynamics offer a novel way of modeling real-world phenomena, and can help improve health outcomes. We conclude the review by discussing open problems in the field and promising directions for future research

Emergence and control of outbreaks in human populations

Les maladies infectieuses émergentes ont façonné l'histoire de l'espèce humaine. Encore aujourd'hui, l'émergence de nouveaux pathogènes menace la santé publique. Deux axes principaux ont été abordés : la dynamique épidémique des maladies infectieuses émergentes (MIEs) dans les populations humaines et l'impact du comportement humain sur le contrôle des infections. La dynamique épidémique des MIEs est peu connue car elle reste souvent étudiée sans prendre en compte l'effet de leurs caractéristiques, à savoir leur maintien dans un réservoir et leur capacité à émerger chez plusieurs espèces animales. Nous avons modélisé la dynamique des MIEs et mis en évidence que la transmission via réservoir et les populations intermédiaires est aussi importante que la transmission inter humaine pour comprendre les nombreuses et imprévisibles épidémies que l'on peut observer. Par la suite, l'impact du comportement humain sur le contrôle des infections a été étudié en considérant deux aspects, la prise de décision de vaccination et les pratiques culturelles. La considération de biais cognitifs liés à la prise de décision de vaccination et l'interaction entre le comportement et l'épidémiologie peut aboutir aux fluctuations de la couverture vaccinale observées empiriquement. Enfin, l'étude des pratiques culturelles a montré que, bien que souvent considérées comme à l'origine de la propagation de pathogènes dans la population, certaines pratiques peuvent en limiter la transmission. L'ensemble de ces résultats suggère que la prise en compte de l'écologie permet de faire de meilleures prédictions sur l'influence de l'environnement sur l'émergence et la réémergence des maladies infectieuses.Infectious diseases have shaped the history of the human species. Nowadays, the emergence of new pathogens threatens public health. Understanding the interaction between pathogen ecology and human behaviour can help understanding the dynamics observed in human populations. In this thesis, two main axes were studied: the epidemic dynamics of emerging infectious diseases (EID's) in human populations and the impact of human behaviour on the control of infectious diseases. The epidemic dynamics of emerging pathogens is poorly understood because it is often studied without taking into account the effect of their characteristics, namely their persistence in a reservoir population and their ability to emerge in a broad range of species. For the first time, we modeled the dynamics of EID's and highlighted that transmission from both the reservoir and intermediate populations are critically important to consider in order to understand the many and unpredictable outbreaks that can be observed. Thereafter, the impact of human behaviour on infectious diseases control was studied by considering two aspects, vaccination decision-making and cultural practices. We show that consideration of cognitive biases related to vaccination decision-making and the interaction between behaviour and epidemiology can lead to the fluctuations observed in vaccination coverage. Finally, the study of cultural practices has shown that, although often assumed to favour the spread of pathogens in a population, certain practices can limit disease transmission. The results taken together suggest that an ecological approach is key for predicting the dynamics underpinning the emergence and re-emergence of infectious diseases and adapt control strategies

Quantification vectorielle algébrique avec zone morte : application à la compression d'images à bas débit et au tatouage d'images

We propose to use Lattice Vector Quantization (LVQ), which combines the main advantages of vector approaches and a low complexity. The originality of our method consists in defining a vectorial dead zone, adapted to codebook shape and associated with LVQ. Furthermore, a theoritical rate (i.e. compression ratio) model has been developed, in order to accelerate the optimal setting of the dead zone shape parameter. Moreover, the redundancy generated by the reset to zero of numerous coefficient blocks has been used with the Stack-Run coder. Our results have been compared with the current reference algorithms, namely JPEG2000 and SPITH. In another field, Dead Zone Lattice Vector Quantization has been used very relevantly for both watermaking and compression, permitting to improve the watermaking robustness to some attacks such as an additive gaussian noise.Nous proposons la mise en oeuvre d'un quantificateur vectoriel algébrique (QVA) alliant les principaux avantages des approches vectorielles et un faible coût de calcul. L'originalité de la méthode réside dans la définition d'une zone morte vectorielle associée au QVA. En outre, un modèle théorique pour le calcul du débit binaire (i.e. du taux de compression) a été mis au point pour accélérer le réglage du paramètre de forme optimal de la zone morte. Par ailleurs, la redondance engendrée par la mise à zéro de nombreux blocs de coefficients a été exploitée dans l'étape de codage à travers un codeur Stack-Run. Les résultats obtenus ont été comparés avec ceux des algorithmes de référence actuels, à savoir JPEG2000 et SPIHT. Dans un tout autre registre, la QVA avec zone morte vectorielle a été également utilisée à profit dans une application de tatouage et compression conjoints, permettant d'améliorer la robustesse du tatouage face à ceraines attaques et notamment celle d'un bruit additif gaussien

Quantification vectorielle algébrique avec zone morte (application à la compression d'images à bas débit et au tatouage d'images)

Nous proposons la mise en œuvre d'un quantificateur vectoriel algébrique (QVA) alliant les principaux avantages des approches vectorielles et un faible coût de calcul. L'originalité de la méthode réside dans la définition d'une zone morte vectorielle associée au QVA. En outre, un modèle théorique pour le calcul du débit binaire (i.e. du taux de compression) a été mis au point pour accélérer le réglage du paramètre de forme optimal de la zone morte. Par ailleurs, la redondance engendrée par la mise à zéro de nombreux blocs de coefficients a été exploitée dans l'étape de codage à travers un codeur Stack-Run. Les résultats obtenus ont été comparés avec ceux des algorithmes de référence actuels, à savoir JPEG2000 et SPIHT. Dans un tout autre registre, la QVA avec zone morte vectorielle a été également utilisée à profit dans une application de tatouage et compression conjoints, permettant d'améliorer la robustesse du tatouage face à ceraines attaques et notamment celle d'un bruit additif gaussien.We propose to use Lattice Vector Quantization (LVQ), which combines the main advantages of vector approaches and a low complexity. The originality of our method consists in defining a vectorial dead zone, adapted to codebook shape and associated with LVQ. Furthermore, a theoritical rate (i.e. compression ratio) model has been developed, in order to accelerate the optimal setting of the dead zone shape parameter. Moreover, the redundancy generated by the reset to zero of numerous coefficient blocks has been used with the Stack-Run coder. Our results have been compared with the current reference algorithms, namely JPEG2000 and SPITH. In another field, Dead Zone Lattice Vector Quantization has been used very relevantly for both watermaking and compression, permitting to improve the watermaking robustness to some attacks such as an additive gaussian noise.NANCY1-SCD Sciences & Techniques (545782101) / SudocSudocFranceF

« Proposition d'une méthodologie de sélection des procédés valorisant la biomasse lignocellulosique »

[eng] Since 1978, researchers and industrialists are preoccupied by the development of new or non exploited processes to valorise non used classes of wood.. 50 Projects have been assessed, covering thermal, thermochemical, chemical and materials' applications. The ressource, not being unlimited, we have been used the Multi-Judge method in order to determine projects integrated in the local context.. This method consists of collecting quantitative and qualitative information in order to fill up a multicriterium table on the evolution of the variances.. This methodology, applied on waste coming from the "Massif d'Alsace-Lorraine" made possible the choice of 16 processes in two major classes : materials production and energetic and chemical valorisation. Since 1978, researchers and industrialists are preoccupied by the development of new or non exploited processes to valorise non used classes of wood.. 50 Projects have been assessed, covering thermal, thermochemical, chemical and materials' applications. The ressource, not being unlimited, we have been used the Multi-Judge method in order to determine projects integrated in the local context.. This method consists of collecting quantitative and qualitative information in order to fill up a multicriterium table on the evolution of the variances.. This methodology, applied on waste coming from the "Massif d'Alsace-Lorraine" made possible the choice of 16 processes in two major classes : materials production and energetic and chemical valorisation. [fre] Depuis 1978, chercheurs et industriels se préoccupent de développer des procédés inexploités ou nouveaux valorisant des catégories de bois inutilisées.. Dans ce sens, nous avons recensé 50 projets couvrant les filières thermique, thermochimique, chimique et matériaux. La ressource n'étant pas illimitée, nous avons utilisé la méthode d'analyse multicritère et multijuge afin de dégager les procédés s'intégrant au contexte local.. Cette méthode consiste à réunir des informations chiffrées (consommation de matière première et d'énergie, coût d'exploitation,...) et qualitatives (environnement, ...) pour dresser un tableau multicritère d'évaluation des variantes. Chacun des critères exprime un point de vue. Les critères, représentant les projets, sont ensuite notés par des juges ou experts, publics et privés.. Cette méthodologie appliquée aux déchets du massif d'Alsace-Lorraine a permis de sélectionner 16 procédés. Depuis 1978, chercheurs et industriels se préoccupent de développer des procédés inexploités ou nouveaux valorisant des catégories de bois inutilisées.. Dans ce sens, nous avons recensé 50 projets couvrant les filières thermique, thermochimique, chimique et matériaux. La ressource n'étant pas illimitée, nous avons utilisé la méthode d'analyse multicritère et multijuge afin de dégager les procédés s'intégrant au contexte local.. Cette méthode consiste à réunir des informations chiffrées (consommation de matière première et d'énergie, coût d'exploitation,...) et qualitatives (environnement, ...) pour dresser un tableau multicritère d'évaluation des variantes. Chacun des critères exprime un point de vue. Les critères, représentant les projets, sont ensuite notés par des juges ou experts, publics et privés.. Cette méthodologie appliquée aux déchets du massif d'Alsace-Lorraine a permis de sélectionner 16 procédés.

Intermediate_Host_Model_Code_C++

Code written in C++. The model considers two populations, an intermediate host and a target population, and one reservoir. The pathogen is indefinitely present in the reservoir and it spills over the intermediate population and/or the target population. The Para.txt file can be modifed as much as you want with other parameters value. The R scripts used to do the figures are also present.THIS DATASET IS ARCHIVED AT DANS/EASY, BUT NOT ACCESSIBLE HERE. TO VIEW A LIST OF FILES AND ACCESS THE FILES IN THIS DATASET CLICK ON THE DOI-LINK ABOV

Correction: Beyond Rational Decision-Making: Modelling the Influence of Cognitive Biases on the Dynamics of Vaccination Coverage.

[This corrects the article DOI: 10.1371/journal.pone.0142990.]

Beyond rational decision-making: modelling the influence of cognitive biases on the dynamics of vaccination coverage

Background: Theoretical studies predict that it is not possible to eradicate a disease under voluntary vaccination because of the emergence of non-vaccinating “free-riders” when vaccination coverage increases. A central tenet of this approach is that human behaviour follows an economic model of rational choice. Yet, empirical studies reveal that vaccination decisions do not necessarily maximize individual self-interest. Here we investigate the dynamics of vaccination coverage using an approach that dispenses with payoff maximization and assumes that risk perception results from the interaction between epidemiology and cognitive biases. Methods: We consider a behaviour-incidence model in which individuals perceive actual epidemiological risks as a function of their opinion of vaccination. As a result of confirmation bias, sceptical individuals (negative opinion) overestimate infection cost while pro-vaccines individuals (positive opinion) overestimate vaccination cost. We considered a feedback between individuals and their environment as individuals could change their opinion, and thus the way they perceive risks, as a function of both the epidemiology and the most common opinion in the population. Results: For all parameter values investigated, the infection is never eradicated under voluntary vaccination. For moderately contagious diseases, oscillations in vaccination coverage emerge because individuals process epidemiological information differently depending on their opinion. Conformism does not generate oscillations but slows down the cultural response to epidemiological change. Conclusion: Failure to eradicate vaccine preventable disease emerges from the model because of cognitive biases that maintain heterogeneity in how people perceive risks. Thus, assumptions of economic rationality and payoff maximization are not mandatory for predicting commonly observed dynamics of vaccination coverage. This model shows that alternative notions of rationality, such as that of ecological rationality whereby individuals use simple cognitive heuristics, offer promising new avenues for modelling vaccination behaviour