2016年，佛罗里达州的一群中学生参加了一场关于传染病爆发的互动课，交换贴纸模拟病毒传播。他们的老师托德·布朗(Todd Brown)与计算遗传学家、麻省理工学院(MIT)和哈佛大学(Harvard)布罗德研究所(Broad institute)的成员帕迪斯·萨贝蒂(Pardis Sabeti)合作设计了这个练习，后来演变成一种名为“爆发行动”(Operation Outbreak)的完全沉浸式体验，使用基于蓝牙的移动应用程序模拟病原体在各个参与者手机中的传播。全国有50多所学校使用这款应用程序，以及配套的教学计划和教科书，在校园范围内进行疫情模拟，并向学生传授疫情科学。
“移动应用程序在教育和研究方面都有巨大的潜力，”Andrés Colubri说，他在Sabeti实验室作为计算研究员开发了这款应用程序，现在是马萨诸塞大学医学院的教授。“模拟游戏可以具有高度的沉浸感、互动性和真实感，还能够生成丰富的数据集来研究复杂的动态系统，比如传染病爆发期间的人群。”
这款应用经过多年的发展，已经包含了许多逼真的功能。用户可以通过扫描二维码来使用疫苗、诊断测试、口罩或防护服等干预措施。然后，该应用程序会记录数据，包括病例数、时间、距离和参与者之间的互动持续时间，研究人员可以用这些数据绘制病毒的传播方式。该应用程序还可以跟踪感染者与之有过互动的人，包括直接接触者(一级接触者)和他们的接触者(二级接触者)。
Colubri和他的团队还在继续开发这款应用的新版本，新版本更加真实，并为科学家提供更多信息，比如用户之间每次接触的时间和距离，或者病原体在人与人之间传播时的进化基因组序列。
萨贝提说:“我们可以非常逼真地模拟病原体传播的方方面面，以及我们减轻它的工具，我们正在不断努力增强体验的沉浸感和真实感。”“学生不需要等到真正的疫情爆发，才能了解疫情会如何发展。”
在最近发表在《模式》杂志上的一项研究中，该团队描述了科罗拉多梅萨大学(CMU)和杨百翰大学(BYU)的爆发行动模拟结果。他们发现，两所大学的参与者与受感染学生的接触明显多于他们与一级接触者的接触。他们还从数据中建立了一个流行病学模型，发现在社会活动增加的时期增加检测和接种疫苗大大减少了病例数。
“在这些模拟中，我们努力全面模拟现实世界疫情的关键技术和社会行为方面，并鼓励参与者创造性地和战略性地思考如何分配资源，”“疫情行动”的项目经理Kian Sani说。“我们从观看学生如何缓解和控制这些模拟的公共卫生突发事件中学到了很多。”
我们与萨贝提实验室的访问研究生研究员布林•洛夫特内(Bryn Loftness)和哈佛大学萨贝提实验室的本科生研究员、该研究的第一作者伊万•斯佩赫特(Ivan Specht)坐下来，了解更多关于大学生如何使用该应用程序，以及该团队从校园部署中学到了什么。为了篇幅和清晰度，以下采访经过编辑。
你从CMU和BYU的爆发行动部署中学到的最大的东西是什么?
BL:我和许多其他学生对一个人可能拥有的大量第二或第三阶段的接触有了更深的理解。你可能以为你有三个一级联系人，但实际上，你的二级联系人可能多达50或80个。这也是我们在这次大流行期间所了解的。更好地理解这些真实的统计数据——我认为这是任何人都可以从部署中获得的宝贵见解。
是什么让这款应用成为收集数据的好方法?
BL:这个应用程序是可访问和可扩展的，因为它基本上可以被任何人使用，而且是匿名的，因此我们可以招募参与者并跟踪他们的行动，而不需要从他们那里获取任何私人数据，比如他们的实际位置或他们是谁。
IS:这款应用与其他追踪联系人的应用真正不同的地方之一是它具有教育意义。我认为人们在使用一个应用程序时不会那么犹豫，如果他们真的能从中获得一些东西，而不是让一些东西一直在他们的手机后台运行。
图片来源:麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所
学生们的反应如何是否使用操作爆发?
BL:总的来说这是非常积极的。这款应用程序很灵活，学生可以根据自己想要参与的程度，以不同的方式进行互动。真正有动力的学生能够利用更多的程序功能，如互动测验和二维码干预，而其他人只是下载并在后台运行。
IS:在杨百翰大学，看到这种模拟在很大程度上鼓励学生参与爆发科学项目，这是令人鼓舞的。学生们成立了“爆发行动”俱乐部，并建立了一个网站，以协助模拟演习。在我们收集了模拟的数据后，团队中的一些人帮助我们进行了一些分析，我非常兴奋地看到他们是多么渴望参与这种学习方式。
校园如何使用他们从这款应用中学到的东西?
BL:如果你允许学生领导这样的模拟，并收集一些见解，比如学生平均有多少第一和第二学位的联系人，你将能够基于这些见解实施政策。我们鼓励学生帮助我们了解学生，同时也帮助这些学生了解他们自己。如果一个参与者知道他们有三个一级联系人，但有126个二级联系人，就像我们在杨百翰大学观察到的那样，他们可能会改变自己的行为，而不会改变校园里的任何协议。
您希望在未来的应用程序迭代中包括什么?
BL:在我们对操作爆发所做的每次模拟之后，我们收到反馈并做出更改。例如，在CMU和杨百大的模拟之间，有一个完整的迭代，使它成为一个更好的应用程序。看到有多少人在系统上投入时间，这是非常有趣的，这是真正使行动爆发如此动态。
现在，爆发行动假设有一种病原体不会变异并且具有一定的传染性。我真的希望包含一个非常详细的突变模型，以便“爆发行动”可以生成看起来与真实爆发数据相同的数据。我们现在正在努力纳入可能进一步影响人们行为的东西，比如一个完整的经济模型，它决定谁可以获得疫苗和诊断测试等东西。
我们的最终目标是创建一个仿真软件，任何人都可以随时轻松地使用它来协调仿真。我们设想在每个学校至少部署一次“爆发行动”，因为我们认为各地的儿童都应该获得至少某种程度的爆发科学教育。
在“爆发行动”中工作是什么感觉?
BL:我通过这个项目加入了Sabeti实验室。从那时起，我参与了各种数字流行病学项目。这是一个非常好的机会，不仅从行政方面参与面向对象，而且鼓励人们更多地参与，帮助评估模拟的结果，观看充满激情的学生组成俱乐部和团体，并做更多的研究，在一个聚集的环境中病毒的传播是什么样子的。
这个项目是我前进的动力。它在很大程度上塑造了我想在实验室里做的事情的发展轨迹。它让我感觉与正在尝试“爆发行动”的社区以及受到疫情影响的社区紧密相连。
从数据科学的角度来看，它还向我展示了一次疫情在纸上实际是什么样子的，以及如何使用它来建模疫情。真的没有任何平台能像“爆发行动”那样了解爆发的基本情况——你实际上知道谁感染了谁，这为我们提供了一种理解爆发的方式，而这是通过查看在不同时间检测出真实病毒呈阳性的人的大型数据集无法了解的。这个框架绝对是我在疾病爆发和流行病学方面的日常工作的基础。
