导言：截至1月29日9时20分，全国共确诊新型冠状病毒肺炎例，其确诊人数超过非典时期，但就像习主席所说的，只要坚定信心、同舟共济、科学防治、精准施策，我们就一定能打赢疫情防控阻击战，而在早前一天，世界卫生组织表示，将尽快派遣国际专家团队赴中国进一步了解疫情，并就全球疫情防控予以指导，而在我们全力对抗这场没有硝烟的战役时，或许我们也可以思考一下，在未来的某天，或许还会有像类似的病毒出现，我们该提前做些什么，才能有效的预测及预防，而这篇文章所说充分利用数学所做的几件事，或许能对我们现在及以后起到借鉴作用.

数学家与工程师们一直在收集足够的数据，试图在危险发生之前就做出预测，以阻止自然灾害对城市造成破坏，事实上，传染病学专家们运用预测数学模型已有多年，在19世纪50年代，一位名叫斯诺的医生尽其所能，细致地绘制了伦敦地区霍乱发生率图表，他发现一口井附近是疾病暴发的归零地（疾病暴发的原点，即最先发生的地方），这是对传染病建模的第一次成功应用，这项技术可以运用图形与数据来阐释传染病在城市里如何传播，如今，类似于斯诺获得的数据，我们已经积累了数十年，旨在协助传染病学专家们预测传染病的未来传播途径——希望能在传染病传播之前阻止它，

下一次传染病可能还会始于各种病毒，或是类似于导致黑死病的某种细菌，传染病可能来自于禽类或猪，只要遗传物质组合适当，病原体就能从动物体转移到人类宿主身上，如果病原体的传染性足够强，其引起的传染病足以使万人致死，年的西班牙流感就是这种情况，如果病原体携带致命的恶性病毒，或是在传播途中演变出了具有抗药性的抗体，就足以杀害数十亿人，

近年来，和传染病传播情况相关的最真实剧本之一，要数好莱坞电影《传染病》，这部电影为我们细致地展示了国家和健康部门如何对病毒暴发做出回应，以及病毒如何通过旅行者而迅速传播到整个世界，通过影评——影片还为疾病起源提供了一种貌似合理的解释：A国的一家开发公司一直在砍伐森林，逐渐改变了当地蝙蝠的种群数量，由于缺乏自然生境，这些蝙蝠最后只好飞到附近的猪圈上筑巢，含病毒的粪便污染了猪食，后来一位B国访客靠近某头猪，病毒通过她传入了该国，于是，一种传染性病毒就此诞生了，这在一定程度上是人类干涉环境的结果，也是人类都市生活的结果，

那么，我们面对传染病要做什么呢？

在筹划战胜传染病时，有两个基本问题：致命因素是什么？如何组织国际社会协作响应，以最大限度降低传染病导致的死亡与经济损失？通常，我们可以在实验室里解答第一个问题，也往往可以研发出某种疗法或疫苗，鉴别致命微生物，接下来再与其斗争，两者困难程度相仿，可是，第二个问题却让科学家们和政策制定者们寝食难安，

即使我们成功赶制出了针对传染病的疗法，如果不能及时让它惠及人群，一切也近乎徒劳，这就解释了为什么对可能的传染病暴发情况进行建模已经发展成为了一个分支学科，其综合了医药学、遗传学、甚至统计分析和博弈理论，流行病建模人员通常都是数学方面的专家，他们创造出电玩型计算机模拟器，用于协助预测，也用于绘制传染病传播可能的图表，他们也能绘制幸存者图表，

流行病建模人员的目标就是帮助世界卫生组织（WHO）以及本地医疗机构等团体确定，如何对我们所面对的传染病进行干预，如何提高我们的胜率，他们能告诉我们，为了阻止传染病在小乡镇或大城市传播分别需要多少疫苗，运用已有的传染病模型，可以大致计算出多大规模的隔离可以减缓传染病的传播，也可以告诉某个国家，避免发生大规模死亡所需存储抗病毒药物的最小数量，

用于传染病的药物我们已经拥有很多，但是，用于阻止传染病本身，我们需要的却是数学，在我们建立阻止传染病传播的系统之前，我们必须要了解在全球范围内若干社群中传染病可能的传播规律.

医疗监控

至少在10年以前，美国政府曾要求中央情报局（CIA）从事传染病防治工作，让全国最为臭名昭著的谍报特工处理健康护理方面的事务，这听起来很怪异，在当时却是堪称完美的组织工作，因为传染病的防治工作在一定程度上的确借鉴了谍报工作的技术，难道说在流感发生季节我们是凭借每周强制性体检才幸存下来吗？当然不是，也不是说政府要窃取个人医疗病历，中央情报局即使要彻查每个人的医疗档案，也是不可能的，因为很多人并没有医疗保险，也不进行定期体检，这样做只是帮助医疗组织精心制定健康监控策略，或者协助收集谁有传染病，他们身在何处等信息，

世界卫生组织和其他健康监控团体通过多种渠道收集健康监控数据，比如，世界各地关于流感暴发的各种新闻，发送到世界卫生组织全球流感监控和响应系统的病毒样本中，科学家们还利用谷歌创建了"谷歌流感趋势"，该系统可通过追索世界各地人们搜索的关键词来监测流感暴发，谷歌的研究人员发现，当流感相关症状的一些词汇，比如"鼻塞"或"发烧"，搜索量激增时，随后总伴随有疾病控制与预防中心确认流感暴发，如今，疾病控制与预防中心以及其他一些机构也在利用谷歌的数据查找流感暴发的地点，人们在开始求医问药数天之前已经在网上递交了相关症状的报告，健康监控的各种形式中，包括谷歌流感数据在内，都在最大限度上保持了匿名，其实我们真正需要知道的只是某个特定地区中究竟有多少人具有流感症状——而不是他们的名字和住址，

一旦涉及传染病，我们最先想到的就是疾病控制与预防中心和世界卫生组织，然而，在任何监控网络中，最庞大的资源其实是地方健康部门，因为各种症状首先在那里进行登记，布莱斯一直在马里兰州公共健康部负责健康登记，该部门协调组织本州内数十家地区性的健康机构，共同监控若干种被认为是流感的症状，布莱斯说："疾病控制与预防中心追索疫情暴发的主要途径之一就是通过一个名为「类流感疾病监控网络」的志愿者网络，让本地医生、护士以及其他健康护理人员充当志愿者，将他们所看到的、发生在患者身上的各种可传染的、类似流感的症状进行汇报"，

问题的关键在于，他们只是汇报症状，不会对他们所看到的一切进行诊断，因为类流感疾病监控网络的主要检测内容就是某种新型的致命流感毒株，如果发现了一种新的毒株，其所引发的多种症状可能与已知的各种疾病都不匹配，类流感疾病监控网络的分析人员每周都会对数据进行仔细梳理，寻找其中可疑的模式，至关重要之处在于，健康监控总是基于某个城市而进行的，正如斯诺在伦敦所发现的可以传播霍乱的井一样，传染病总是从一个地方起源，换言之，当下一场大型传染病开始酝酿时，从事城市健康护理的人员将会比国家或国际机构更早就觉察到，

作为对类流感疾病监控网络工作的重要补充，马里兰州还有很多志愿者实验室，他们在实验室中将收集到的流感毒株送到州府的健康部门进行常规测试，布莱斯说："这个实验室就是为了监控工作而设立的，我们可以通过实验室判断其究竟是AH3还是N1，也能通过实验室判断其是否为传染病病原体"，

如果他们发现了一种新的病原体，就会将其运送到位于亚特兰大的疾病控制中心去，马里兰州也为低收入和无家可归人员提供了报告流感疫情的渠道，因为他们常常被置于健康监护网络之外，布莱斯哀叹道："我们了解到很多患有流感的人根本就不去寻求健康护理"，马里兰州健康与卫生部一直在致力于对此进行弥补，他们要求居民报告自己或所认识的人何时患有流感，即使他们不去求医也要这样做，这个机构也会在健康护理人员中追踪疾病的来源，因为发生传染病时，这些人通常就会处在最前线，

布莱斯解释说道："如果严重急性呼吸系统综合征（SARS）的一种新型毒株在马里兰州出现时，却没有人能认出这是SARS，那最先出现这医院，因此，我们的监控网络要掌握这种情况".

传染模式

尽管致命传染病可能由流感引起，但是，它也可能是古代瘟疫的一种流毒，鼠疫的突变种是一种能引发瘟疫的细菌，它曾使人类遭受最为致命的疾病，人类在这种疾病面前弱不禁风，我们也可能面临SARS或是像埃博拉（Ebola）一样的病毒（当然现在再碰上埃博拉病毒的可能性很小），后者能够引发极端致命的传染性病毒性出血热，无论威胁我们的微生物是什么，传染病都要经历八个可以识别的阶段：从潜伏在动物体内的第一阶段，到在多个国家全面传播（传播的峰值）的第六阶段，剩下的两个阶段为传播高峰后期和传染后期，它们发生的时候，传染病趋于式微，已经不再有人被感染了，

奥斯陆大学生态与演化综合研究中心的斯滕赛斯是一位生物学家，他也是从事传染病领域研究的专家，他和他的同事们根据对历史上黑死病暴发情况的掌握，设计了公众面对传染病时所遇到的典型情景，

在这个经典的城市疫情场景中，受感染的老鼠（被输送而来，比如通过轮船）到了一座新城市后，将疫病传染给了本地的家鼠及其身上的跳蚤，这些动物随后都成为人类的传染源，偶然情况下，人类会患上能在人与人之间通过呼吸道飞沫传播的传染性肺炎，就像电影《传染病》中的流感一样，这种传染病首先在动物之间传播，很快就感染到了居住在城市中的人类，尽管斯滕赛斯告诫大家，现代传染病并不总是从城市开始暴发，但是，大多数的传染病建模仍然将城市作为传染病的基准点——在地图中，代表传染方向的红色向量以这些点为中心射向四面八方，

这些红色向量远离城市之后又将何去何从？对此我们如何预测呢？14世纪40年代袭击伦敦的黑死病与年袭击香港的SARS极为不同之处就在于：SARS还可以通过航空途径扩散，尽管SARS的暴发始于中国大陆，但是，当调查员与世界卫生组织和疾病控制与预防中心人员对这种病毒的全球传播进行追踪时，却发现这是其源于香港京华国际饭店一起相对独立的偶发事件，

当时，作为一种致命疫情，SARS在中国南方已经发生数月，一位来自中国南方的医学教授住进了这家饭店9楼的一个小房间里，在数天之内，一些住客和曾经到过该层的共计16个人都被感染——其中多数人都是飞往世界其他城市才开始发病，其地点涵盖北美洲到越南，调查人员后来将这起事件称为超级传播事件，并将其追溯到了那位受感染的医学教授宾馆房间门前地毯上的一块异常区域，

即使在医学教授退房离开酒店的3个月之后，技术人员仍然可以在地毯上找到SARS病毒，世界卫生组织的报告推测，那位受感染的医学教授可能曾在其房间外呕吐，致使大量活体病毒在酒店员工清扫后仍然存活了下来，这些病毒以某种方式进入16位经过这个区域人员的肺中，又被带到了全世界——差点引发一场全球性大瘟疫，类似于在京华饭店所发生的这类事件，促使传染病建模人员把空气传播路线引入到各种疫情暴发场景中，

加斯克是一位数学家，也是帝国理工大学伦敦疾病突发分析与建模中心的研究人员，她的大部分精力都致力于对疾病传播进行建模，她最近的工作焦点是基于中国人的旅游方式而生成的疫病传播模式，她和她的同事们调查了中国两个省份的名中国人，探求乡村与城市两种区域内典型的旅行模式，他们发现：出现在乡村地区的传染病可能传播得"很慢，对其进行限制是可行的"，因为大多数被调查者都生活在本地，很少旅行到外地，在经济较发达的城区，对传染病进行限制就困难得多，因为很多人经常会旅行到很远的地方，

解决之道似乎很简单，只要在传染病暴发期间禁止公众旅行就可以了，但当我们意识到传染病正在流行时，一切就太晚了，很多其他模型均表明，限制航空旅行几乎对限制疾病的传播没有多大作用——最多将使传播滞后一两个星期，然而，也有一些更好的方法，它们都基于加斯克所做的旅行研究，也融合了SARS以及年H1N1（禽流感）暴发期间所掌握的资料.

（斯诺绘制的著名伦敦地图，他将霍乱传染病的源头追索到一口井，图中他用不同长度的线代表每个地区不同的死亡数字，通过追索，最大规模死亡数目聚集在一口井边）

扩大社交距离

阻止传染病，人们首先想到的往往是隔离，典型的隔离通常是政府部门将曾经接触过疾病的人群与大众分开，理想情况下，患有传染病的人不仅要与普通大众分开，也要与其他被隔离的人分开，

当SARS在多伦多暴发期间，加拿大政府隔离了数百人，为了阻止这种疾病，该城多个大型公共活动都取消了，然而，当尘埃落定之后，很多医学专家，包括疾病控制与预防中心的代表们，都坚持认为当地政府有些反应过度了，他们在每个SARS案例中都会隔离大约人，医院的院长沙巴斯写了一封信给加拿大某传染病期刊，对该城进行了尖锐的批评："多伦多的SARS隔离既无效果也无效率，规模却很大"，他还写道："美国疾病控制中心曾作过北京疫情隔离效率分析，其结论表明，隔离可以减少三分之二（每个SARS案例只隔离40人即可），效果却丝毫不打折扣"，

换言之，类似于病毒恐怖电影《我是传奇》那样的大规模隔离并不是阻止传染病的好办法，这种方法既耗费健康护理资源，也毫无效用，然而，如果我们所面对的是一种正在酝酿的传染病，我们就有充分理由在疾病可能传播的地区叫停大型社会活动，取消一场大型音乐会，或要求居民呆在家里，这些都是限制传染病举措的一部分，

该举措被称为扩大社交距离，大多数专家均相信，扩大社交距离以及有限度的隔离能够发挥一定效用，科伯恩是加州大学洛杉矶分校格芬医学院的生物医学建模专家，他和他的同事们宣称："只要关闭学校并阻止大型公共活动能够将流感的传播率降低13%-17%，志愿在家隔离似乎要比关闭学校更有效，后者常常是一种稳妥的政策，因为病毒流行的最快路径是通过儿童传染".

接种疫苗必须在全世界范围内进行

前文我们已经了解，隔离只能起到有限的功效，下一步我们还能怎么做呢？应该是接种疫苗了，在年H1N1（禽流感）疫情暴发时，我们对疫苗已经不陌生了，疫苗能够让免疫系统认出进入我们体内的致病微生物，并将这些微生物杀灭，当我们接种流感疫苗时，我们接种的其实是少量受损死亡的特制流感病毒，这些病毒帮助我们的身体产生抗体，这种抗体专门对付流感，在流感出现时，就将其杀死，疫苗通常并不是治愈之药，对于已经患病的人通常也无能为力，它们只是一种预防措施，

大多数流行病建模人员都认同一点：疫苗只有在疫情暴发早期，在疾病尚未传播之时投入使用才能阻止传染病，马特拉特是华盛顿大学西雅图分校的数学家，她曾模拟过几次使用疫苗的疫情控制策略，她所指出的问题是，传染病因人口的不同，传播的程度也不同——乡村传播与城市传播差别很大，在发达国家传播与在发展中国家传播也有着显著差别，这很大程度上是因为，许多发展中国家的人口组成中有超过50%的儿童（大多数发达国家中，儿童在人口组成中少于20%），

为儿童注射疫苗对于阻止传染病的传播至关重要，因为儿童正是马特拉特所称的高效传播群体，换言之，儿童是人类疾病最大的传播者，如果我们能对孩子们进行传染病疫苗接种，传染病的传播就会减慢，并得到控制，同时也能保护成年人，科伯恩报告说，他的一些同事曾发现了一个惊人数据："对80%未成年人（小于19岁）接种疫苗的效果几乎相当于对80%总人口接种疫苗"，

问题在于，大多数孩子都处在买不起疫苗的发展中国家，这就是科学与社会现实相冲突的地方，传染病建模人员不得不把灰暗的经济现实考虑到其研究中，想办法如何以最好的方式管理那些只有2%的人口才能接触到的疫苗，马特拉特和她的同事们在发展中国家和发达国家中模拟了若干种情况，在这些地区，人们能接触到疫苗的可能性从2%到30%不等，他们在其工作的一份概述中写道："对于欠发达的国家来说，高效传播群体占据了人口的大多数，人们需要大量疫苗，通过对高效传播人群接种疫苗来间接保护高危人群，但可悲的是，需要最快获得大量疫苗的国家却最不可能获得疫苗"，

众多疫苗制造商，比如葛兰素史克公司和赛诺菲-安万特公司，已经承诺为发展中国家捐赠数百万只疫苗，世界卫生组织也向发达国家施压，要求他们拿出10%的药品库存，尽管如此，这些举措仍显得不够，面对H1N1疫苗世界分布的不均衡性，盖茨基金会全球健康计划的山田忠孝博士深思熟虑之后，很不安地写道："我无法想象，在危急时刻袖手旁观，富人活下去，穷人却死亡"，通过盖茨基金会，他出版了全球共享疫苗的指导方针，充满激情地呼吁："富有国家也要排队买药，与贫穷国家一样领取属于他们的疫苗份额"，

当H1N1广泛传播，世界卫生组织将其定性为一种传染病时，科学家们迅速研发出疫苗，厂商们立刻生产出了这种疫苗，然而，直到疫情平息数月之后，疫苗才有供应，发展中国家所能负担的药量与发达国家不可同日而语，幸运的是，那次的流感病毒非常温和，但是世界经济形势却让疫苗无法成为对付传染病的最佳武器.

疏散疗法与围堵策略

什么是效果最明显的解决之道？那就是对患者使用可以根除传染病的药物，我们用几种抗病毒药治疗流感，用抗生素对付一波新暴发的淋巴腺鼠疫，但是，同样的问题出现了：如何才能把尽可能多的药物尽快分给尽量多的人？

答案并不医院，首先，人们感染疾医院，其次，在流行病暴发期间，医院已经人满为患，另外，被传染的人——尤其当其每个家庭成员都生病时，实际医院，摩斯是墨尔本大学从事免疫接种研究的科研人员，他指出，在下一次传染病暴发时，我们需要采取新的方式配送抗病毒药物，

在研究了H1N1暴发期间抗病毒药物配给方式之后，摩斯和他的同事们发现，这些药物之所以配给不及时，只是由于一个简单的瓶颈：试验机构，医生从每个声称自己患有流感的患者身上取血之后，大多数都认真负责地交送了血样，接下来他们只能等待诊断结果，但反馈这些结果的实验室通常位于很远的地方，结果大量患者得不到治疗，实验室超过负荷，病例也随之越积越多，万一是一种更加致命的传染病，情况可能会是灾难性的，

摩斯相信，有几种简单的方法可以简化医生开药诊治的过程，从而疏通这个瓶颈，他将其称为疏散疗法，如果传染病正处在流行期，实验室又超负荷运作，这时诊断病人的最佳途径就可根据病人的具体症状来进行，患者的头疼脑热像是传染病吗？直接给他们药物好了，根本没有时间浪费，另外，摩斯还主张在尽可能多的地方，包括在网上，设立非正式的诊疗中心，便于人们获得诊断，如果患者出现了传染病的若干症状，应该允许那些通常不具处方权的护士们也能开出抗病毒药物，另外，要让快递员把药物直接送到患者家里，

相对于发达国家，发展中国家和地区可能更容易采用这种疏散疗法，这主要是因为在这些国家，很多药物的配给本身就通过分散的、非正式的治疗单位进行，在偏远地区，为了让最大多数人获得治疗，他们已经设立了很多治疗站，那里的医护人员一直处理各种疾病，从黄热病到霍乱等，

香港大学的胡子祺告诉我们，他的模型表明，国家应该一直储备两种不同的抗病毒药物，用来对传染病进行"围堵"，这是因为，病毒通常在流感季节发生变异，在治疗的过程中，病毒会变得具有抗药性，但是，如果我们配发两种不同的药物，病毒就无法因为快速变异而变得不可控，胡子祺所说的"围堵"策略似乎是有效的，至少在计算机对传染病在城市暴发的模拟中是奏效的（在这种城区中，人们在不同城市间频繁来往），如果在疫情暴发的城市使用两种而非一种药物来对付传染病，将会比使用一种药物减少10%的受感染人数，受到变异病毒感染的人数将会从感染人口的38%下降到2%，这些数据非常重要，关键原因在于，我们的目标之一就是在传染病的传播过程中，阻止微生物发生我们根本就无法对付的变异，

发生传染病时，完美的应对之道是什么？

一旦世界卫生组织发布了疫情，为了阻止它演变成为大瘟疫，需要将疫苗以及至少两种药剂迅速送至被感染地区，首先给儿童接种疫苗，如果没有疫苗，科研人员要立刻投入到研发疫苗的工作中，非正式的治疗站要设立在任何出现病症的地区，使人们可以得到快速、无障碍的治疗，从个人角度讲，我们最好谨慎小心，避免大型公众集会，尽可能呆在家里，而最重要的是，我们希望健康护理人员和传染病建模人员能够协调配合，合力找出适合每个地区的最佳治疗策略，毕竟我们在那时所能掌握的资源都非常有限，

需要记住的重要一点是，阻止传染病并不等同于医治每个人——而是医治每个最可能向他人传播传染病的群体，如果你邻居家的孩子接种了疫苗，单是这样可能就保护了你的整个社区，这远比你和你的成年人朋友接种疫苗效果要好，

同样道理，如果我们能够与发展中国家共享疫苗和抗病毒药物，在发展中国家消灭传染病的滋生，我们也就拯救了发达国家，全球健康监控的状态可能与我们目前所生活的世界很相似，区别仅在于：一些团体之间能够异常快捷地共享资料，而要让这些团体开放自身资源，在现阶段恐怕仍让人难以想象，

这些团体比如谷歌公司和疾病控制与预防中心，或是对传染病建模的数学家以及葛兰素史克公司的科研人员，一旦一个地区表露出流感爆发的迹象，无论是医生报告的，还是谷歌搜索揭示的，世卫组织都会立刻收到警报，甚至在传染病毒可能扩散到其他城市之前，传染病建模人员和疫苗厂商就应该已经开展行动了，

匿名健康监控将会成为未来城市阻止传染病的重要组成部分，

监控工作包含两方面，出色的传染病数学建模系统和由至少两种抗病毒药组成的充足药物供应，通过这项工作，世界上最健康的城市之一会在你眼前展开蓝图，这样的城市才能让我们人类几百年如一日地延续下去，当然，除非我们遇到了一种罕见、强大的灾难，让我们无法用数学建模的方式搞清楚它的机制.