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Agent-based modeling for realistic reproduction of human mobility and contact behavior to evaluate test and isolation strategies in epidemic infectious disease spread

Kerkmann, David und Korf, Sascha Alexander und Nguyen, Khoa und Abele, Daniel und Schengen, Alain und Gerstein, Carlotta und Göbbert, Jens Henrik und Basermann, Achim und Kühn, Martin Joachim und Meyer-Hermann, Michael (2024) Agent-based modeling for realistic reproduction of human mobility and contact behavior to evaluate test and isolation strategies in epidemic infectious disease spread. Computers in Biology and Medicine. Elsevier. ISSN 0010-4825. (eingereichter Beitrag)

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Kurzfassung

Agent-based models have proven to be useful tools in supporting decision-making processes in different application domains. The advent of modern computers and supercomputers has enabled these bottom-up approaches to realistically model human mobility and contact behavior. The COVID-19 pandemic showcased the urgent need for detailed and informative models that can answer research questions on transmission dynamics. We present a sophisticated agent-based model to simulate the spread of respiratory diseases. The model is highly modularized and can be used on various scales, from a small collection of buildings up to cities or countries. Although not being the focus of this paper, the model has undergone performance engineering on a single core and provides an efficient intra- and inter-simulation parallelization for time-critical decision-making processes. In order to allow answering research questions on individual level resolution, nonpharmaceutical intervention strategies such as face masks or venue closures can be implemented for particular locations or agents. In particular, we allow for sophisticated testing and isolation strategies to study the effects of minimal-invasive infectious disease mitigation. With realistic human mobility patterns for the region of Brunswick, Germany, we study the effects of different interventions between March 1st and May 30, 2021 in the SARS-CoV-2 pandemic. Our analyses suggest that symptom-independent testing has limited impact on the mitigation of disease dynamics if the dark figure in symptomatic cases is high. Furthermore, we found that quarantine length is more important than quarantine efficiency but that, with sufficient symptomatic control, also short quarantines can have a substantial effect.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/208019/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Agent-based modeling for realistic reproduction of human mobility and contact behavior to evaluate test and isolation strategies in epidemic infectious disease spread
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Kerkmann, Daviddavidchristian.kerkmann (at) helmholtz-hzi.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Korf, Sascha AlexanderSascha.Korf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1431-3046NICHT SPEZIFIZIERT
Nguyen, Khoakhoa.nguyen (at) helmholtz-hzi.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Abele, DanielDaniel.Abele (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7021-1573NICHT SPEZIFIZIERT
Schengen, AlainAlain.Schengen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0005-3966-3324NICHT SPEZIFIZIERT
Gerstein, Carlottacarlotta.gerstein (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Göbbert, Jens HenrikJülich Supercomputing Centre, Forschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Basermann, AchimAchim.Basermann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3637-3231NICHT SPEZIFIZIERT
Kühn, Martin JoachimMartin.Kuehn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0906-6984NICHT SPEZIFIZIERT
Meyer-Hermann, MichaelDepartment of Systems Immunology and Braunschweig Integrated Centre of Systems Biology (BRICS), Helmholtz Centre for Infection Research, Braunschweig, Germanyhttps://orcid.org/0000-0002-4300-2474NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2024
Erschienen in:Computers in Biology and Medicine
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:Elsevier
ISSN:0010-4825
Status:eingereichter Beitrag
Stichwörter:Agent-based modeling, mathematical models, testing strategies, human mobility, infectious diseases
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Aufgaben SISTEC
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Softwaretechnologie
Institut für Softwaretechnologie > High-Performance Computing
Hinterlegt von: Kühn, Dr. Martin Joachim
Hinterlegt am:28 Nov 2024 09:02
Letzte Änderung:28 Nov 2024 09:02

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