空间异质环境中的传染病模型若干问题研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11601179
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    18.0万
  • 负责人：
    蔡永丽
  • 依托单位：
    淮阴师范学院
  • 学科分类：
    A0604.生物与生命科学中的数学
  • 结题年份：
    2019
  • 批准年份：
    2016
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The aim of this project is to study the effects of spatial heterogeneity on the mechanism of infectious disease transmission, and there are two aspects in this project. 1) Mathematical modelling: model the spatially heterogeneous epidemic models involving the effects of horizontal transmission, vertical transmission, stochastic diffusion as well as cross-diffusion and so on, to establish the basic modelling method for the spatially heterogeneous epidemic model. 2) The analysis of the dynamical behaviors: define the threshold parameters by using the next generation of regenerative operator and variational method, and study the effects of spatial heterogeneity and individuals’ diffusion on the transmission thresholds; study on the long-time behavior of the solutions by using the theory of the semi-group operators, eigenvalue and bifurcation etc.; study on the limiting behavior of the solutions by using the method of the shadow system, to establish new thought and new method for studying the spatially heterogeneous epidemic models. Our results will help people understanding the mechanism of the epidemic transmission further, and provide the theoretical basis for the prevention and control of the diseases.
本项目旨在研究空间异质性对传染病传播的影响机制，主要从模型的建立和动力学行为两个方面展开研究：1) 模型建立：综合考虑水平传播、垂直传播，个体的随机扩散和交叉扩散等因素，建立空间异质扩散传染病模型，构建空间异质扩散传染病动力学建模基本方法；2) 模型动力学行为分析：利用下一代再生算子理论和变分法定义传染病传播阈值参数，分析空间异质性和个体移动对传播阈值的影响; 利用算子半群理论、特征值理论以及分支理论等研究模型解的长时间动力学行为；利用“影子系统”方法研究模型解的极限行为，构建研究空间异质扩散传染病模型的新思路、新方法。研究结果将有助于人们更准确地理解传染病传播机理，为制定传染病防控措施提供理论依据。

结项摘要

本项目主要研究内容包括两部分：①模型建立：从传染病的流行病学传播途径入手，全面分析易感者、感染者及恢复者等个体之间相互作用及关系，综合考虑水平传播、垂直传播，个体的扩散和环境噪音等因素，建立了具有水平和垂直感染的空间异质SI传染病模型、考虑政策干预的空间异质反应扩散SIS传染病模型、空间异质环境中具有饱和发生率、比率依赖发生率的反应扩散SIRS流感模型、考虑人的流动行为的SIRC流感模型、空间异质环境反应扩散寨卡病毒模型、反应扩散寄生宿主模型、具有非线性比率型发生率的随机SIRS模型、Orstein-Uhlenbeck过程的随机SIS传染病模型和媒体报道作用下的随机传染病模型，食饵具有避难所的空间同质扩散捕食系统，构建了空间异质扩散和随机因素的传染病动力学建模基本方法；②模型动力学行为分析：利用再生矩阵、下一代再生算子理论和变分法定义了传染病传播的阈值参数：统计再生数、水平基本再生数、垂直基本再生数和随机基本再生数，分析了空间异质性和个体移动对传播阈值的影响。利用算子半群理论给出模型解的全局存在性、唯一性和一致有界性。应用无穷维动力系统的一致持久理论给出了当基本再生数大于1时，疾病是一致持续的。应用先验估计、特征值理论、分支理论等数学理论与方法给出了正稳态解的存在性和分支结构；应用抛物方程的线性化理论、Lyapunov稳定性理论和Hopf分支理论研究了模型稳态解的渐近稳定性以及分支结构上出现Hopf分支的参数区域等。讨论了当易感者的扩散速率趋于零时，地方病稳态解的极限行为。通过数值模拟，研究了空间异质性和随机扩散对感染者空间分布的影响。这这些研究结果将对进一步理解传染病的传播机理提供参考依据，进而为传染病的预防和控制提供科学可行的依据。发表SCI收录论文23篇、获得计算机软件著作权1项。

项目成果

期刊论文数量（23）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Periodic behavior in a FIV model with seasonality as well as environment fluctuations
FIV 模型中具有季节性和环境波动的周期性行为
  • DOI：
    10.1016/j.jfranklin.2017.08.034
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Journal of the Franklin Institute
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    王玮明;蔡永丽;李敬礼;桂占吉
  • 通讯作者：
    桂占吉
GLOBAL STABILITY OF THE STEADY STATES OF AN EPIDEMIC MODEL INCORPORATING INTERVENTION STRATEGIES
包含干预策略的流行病模型稳态的全局稳定性
  • DOI：
    10.3934/mbe.2017056
  • 发表时间：
    2017
  • 期刊：
    Mathematical Biosciences & Engineering
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    蔡永丽;YUN KANG;王玮明
  • 通讯作者：
    王玮明
A stochastic SIRS epidemic model with nonlinear incidence rate
具有非线性发病率的随机SIRS流行病模型
  • DOI：
    10.1016/j.amc.2017.02.003
  • 发表时间：
    2017-07-15
  • 期刊：
    APPLIED MATHEMATICS AND COMPUTATION
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Cai, Yongli;Kang, Yun;Wang, Weiming
  • 通讯作者：
    Wang, Weiming
Bifurcations and Pattern Formation in a Predator-Prey Model
捕食者-被捕食者模型中的分叉和模式形成
  • DOI：
    10.1142/s0218127418501407
  • 发表时间：
    2018-10
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF BIFURCATION AND CHAOS
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Cai Yongli;Gui Zhanji;Zhang Xuebing;Shi Hongbo;Wang Weiming
  • 通讯作者：
    Wang Weiming
The effect of the fear factor on the dynamics of a predator-prey model incorporating the prey refuge
恐惧因素对包含猎物避难所的捕食者-猎物模型动力学的影响
  • DOI：
    10.1063/1.5111121
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Chaos
  • 影响因子：
    2.9
  • 作者：
    Wang Jing;Cai Yongli;Fu Shengmao;Wang Weiming
  • 通讯作者：
    Wang Weiming

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其他文献

Optimal Control Strategies of HFMD in Wenzhou, China
中国温州手足口病的优化控制策略
  • DOI：
    10.1155/2020/5902698
  • 发表时间：
    2020-02
  • 期刊：
    Complexity
  • 影响因子：
    2.3
  • 作者：
    丁祖琴;Li Y;蔡永丽;Dong YP;王玮明
  • 通讯作者：
    王玮明
Spatiotemporal complexity in a predator-prey model with weak Allee effects
具有弱 Allee 效应的捕食者-被捕食者模型的时空复杂性
  • DOI：
    10.3934/mbe.2014.11.1247
  • 发表时间：
    2014
  • 期刊：
    Mathematical Biosciences and Engineering
  • 影响因子：
    2.6
  • 作者：
    蔡永丽;Malay Banerjee;Yun Kang;王玮明
  • 通讯作者：
    王玮明
Impact of the Fear Effect on the Stability and Bifurcation of a Leslie–Gower Predator–Prey Model
恐惧效应对 Leslie–Gower Predator–Prey 模型稳定性和分岔的影响
  • DOI：
    10.1142/s0218127420502107
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    International Journal of Bifurcation and Chaos
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    王晓琴;谭懿平;蔡永丽;王玮明
  • 通讯作者：
    王玮明
Stability and Hopf Bifurcation in a Predator–Prey Model with the Cost of Anti-Predator Behaviors
具有反捕食者行为成本的捕食者-被捕食者模型中的稳定性和 Hopf 分岔
  • DOI：
    10.1142/s0218127419501852
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    International Journal of Bifurcation and Chaos
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    谯婷;蔡永丽;伏升茂;王玮明
  • 通讯作者：
    王玮明
POSITIVE STEADY STATES OF A DENSITY-DEPENDENT PREDATOR-PREY MODEL WITH DIFFUSION
具有扩散的密度依赖性捕食者-被捕食者模型的正稳态
  • DOI：
    10.3934/dcdsb.2017209
  • 发表时间：
    2018
  • 期刊：
    DISCRETE AND CONTINUOUS DYNAMICAL SYSTEMS SERIES B
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    黄凯岗;蔡永丽;Rao F;伏升茂;王玮明
  • 通讯作者：
    王玮明

其他文献

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基于空气质量和空间异质性的呼吸道传染病建模分析及预警
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2020
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    51 万元
  • 项目类别：
    面上项目

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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