計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)大顯身手

NDSSL是弗吉尼亞理工大學(xué)生物信息學(xué)院的一個(gè)內(nèi)部組織，他們開發(fā)了世界上最強(qiáng)大的流行病分析工具。目前，這套工具已經(jīng)被美國(guó)健康與社會(huì)服務(wù)部（Department of Health and Human Services (HHS)）采用。

“我們對(duì)包括關(guān)閉學(xué)校、工廠在內(nèi)等各種疫情隔離措施做了詳細(xì)的模擬研究。”NDSSL的Chris Barrett說(shuō)。“研究表明針對(duì)兒童的社交隔離措施將是最有效的。這種隔離所起到的效果甚至能與預(yù)先研制高效的流感疫苗起到同等的作用。因此關(guān)閉學(xué)校是防止流感疫情進(jìn)一步擴(kuò)大的重要措施。不過(guò)，如果我們只是關(guān)閉單間學(xué)校，那么其效用便會(huì)降低大半。”

本周早些時(shí)候，紐約一家學(xué)校在確認(rèn)發(fā)現(xiàn)豬流感疫情后被迫關(guān)閉，另外兩家學(xué)校獲知消息后也自覺(jué)停課。不過(guò)該地區(qū)其它的學(xué)校則照常運(yùn)轉(zhuǎn)。

世衛(wèi)組織已經(jīng)將豬流感疫情的威脅等級(jí)調(diào)高到緊鄰全球流行病的等級(jí)。

“目前為止已經(jīng)有部分學(xué)校因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)流感疫情而被迫關(guān)閉，不過(guò)我們的模型卻不僅可以模擬出關(guān)閉一間學(xué)校的結(jié)果，還可以分析出關(guān)閉更多學(xué)校的結(jié)果。”NDSSL的副主任Stephen Eubank說(shuō)。

美國(guó)健康部目前還沒(méi)有準(zhǔn)備采用進(jìn)一步的社交隔離措施，這種隔離措施可以有效控制流感疫情在美國(guó)的傳播速度。不過(guò)，如果美國(guó)所有學(xué)校都實(shí)施停課，而美國(guó)政府也關(guān)閉邊境的話，那么別的國(guó)家將不得不采取同樣的措施以防止流感疫情的全球性蔓延。

“如果病毒在其它的國(guó)家失去了控制，那么我們所能做的就只有降低其蔓延速度，”Barrett說(shuō)，“不過(guò)，如果我們能有效降低病毒的蔓延速度，比如拖住6個(gè)月，那么我們也許就有足夠的時(shí)間能研發(fā)出有效的流感疫苗。”

但科學(xué)家目前對(duì)豬流感病毒仍然知之甚少，不足以在短期內(nèi)開發(fā)出有效的流感疫苗。我們現(xiàn)在只知道H1N1流感病毒中具備人、豬以及禽流感病毒的成分。這樣NDSSL便只能采用近似禽流感的模型進(jìn)行模擬。豬流感H1N1的代號(hào)表示病毒通過(guò)一類血凝素（H）進(jìn)入健康細(xì)胞，并在健康細(xì)胞內(nèi)部復(fù)制病毒本體，復(fù)制成功后再通過(guò)一類神經(jīng)氨酸酶（N）離開該細(xì)胞以便感染下一個(gè)健康細(xì)胞。

“目前為止，我們還沒(méi)有搞清楚病毒的孵化期有多長(zhǎng)，而病患的傳染性將持續(xù)多久也并不明了”Barrett說(shuō)，“不過(guò)我們知道在美國(guó)發(fā)現(xiàn)的H1N1病毒相比在墨西哥發(fā)現(xiàn)的已經(jīng)致人死亡的H1N1病毒而言表現(xiàn)更為溫和。”

NDSSL宣稱由于目前豬流感病毒的一些未知特性使模擬過(guò)程變得更復(fù)雜，“我們不得不嘗試各種不同的變量值，因此模擬的結(jié)果包含多種不同的可能性，對(duì)各種不同的可能性，計(jì)算機(jī)模擬都給出了能最有效防止疫情擴(kuò)散的措施。”

目前為止美國(guó)已經(jīng)確認(rèn)了100多例感染豬流感的病患，其中有一名病患已經(jīng)死亡。

NDSSL的模擬工具中包含Simfrastructure模型，這個(gè)模型可以有效分析各種隔離干涉措施對(duì)疫情控制所能起到的效用，更方便決策者們按模擬情況作出決定。工具中的另一個(gè)模型Simdemics則負(fù)責(zé)模擬環(huán)境參數(shù)，它可以通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分布式計(jì)算。

Barrett稱，以前，只有在氣象、海洋研究以及核工業(yè)領(lǐng)域才會(huì)使用到這類高級(jí)計(jì)算機(jī)工具。

使用實(shí)驗(yàn)室目前的計(jì)算機(jī)設(shè)備來(lái)模擬單一一個(gè)具備兩千萬(wàn)個(gè)社交結(jié)點(diǎn)的美國(guó)大城市只需要1秒鐘。工具中的Simfrastructure和Simdemics模塊分布在8個(gè)超級(jí)計(jì)算機(jī)簇上運(yùn)行，在這幾個(gè)簇中總共包含了1200顆處理器，內(nèi)存總?cè)萘窟_(dá)到了200GB之多，而硬盤總?cè)萘縿t接近1批比特（petabyte 10的15次方字節(jié)，相當(dāng)1千塊1TB硬盤的總?cè)萘浚?br />
Simfrastructure和Simdemics模塊使用并行計(jì)算機(jī)陣列來(lái)模擬美國(guó)大都市中每一位市民的移動(dòng)狀況，并可以與其它上千萬(wàn)市民個(gè)體的數(shù)據(jù)進(jìn)行互動(dòng)，這樣就能模擬出病毒在人群中的傳染狀況。

美國(guó)健康與社會(huì)服務(wù)部（Department of Health and Human Services (HHS)）正使用此模擬工具計(jì)算各種不同的疫情傳播結(jié)果，以便決定采取何種措施降低疫情的影響。

為了防止流感疫情的進(jìn)一步擴(kuò)散，弗吉尼亞理工學(xué)院已經(jīng)向美國(guó)健康與社會(huì)服務(wù)部以及其它政府部門提供了這款模擬工具。這套工具不但能模擬病毒傳染過(guò)程，還可以對(duì)政府的防疫干涉措施對(duì)經(jīng)濟(jì)造成的影響進(jìn)行評(píng)估。

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