En 2018, une épidémie mortelle était en cours à l'école préparatoire de l'Académie militaire de Sarasota en Floride. Des groupes de collégiens se sont rassemblés avec des combinaisons et des masques de matières dangereuses, distribuant des médicaments, vérifiant l'état de santé de chacun et transportant parfois les personnes infectées en isolement sur une civière.
Avec le recul, la situation était prémonitoire, même si elle n'était pas tout à fait réelle. Les étudiants qui couraient faisaient partie d'une simulation éducative basée sur une application, et l'agent pathogène auquel ils étaient confrontés était un agent pathogène virtuel propagé par des communications Bluetooth à détection de proximité. Tout autre élément n'était qu'un accessoire de scène.
Cette plate-forme d'éducation expérientielle, appelée Operation Outbreak, a commencé comme un simple plan de cours par Todd Brown, un ancien enseignant du sud-ouest de la Floride. Cela a commencé en 2015, se souvient-il, avec une seule question posée par un élève de septième. À partir de là, cela "a explosé jusqu'à ce que nous faisons maintenant", dit Brown.
La question était :Et si un virus de type Ebola arrivait aux États-Unis ? Une discussion et un plan de cours ultérieur de deux semaines ont découlé de cette enquête, approfondissant les détails sur qui serait responsable de quoi, d'où vient le financement, à quoi ressembleraient les choses sur le terrain et comment les différents groupes se rapportaient les uns aux autres. À partir de là, ils ont lancé une première version analogique de la simulation, où le virus s'est propagé via un système d'autocollants à contact étroit. Ils ont divisé les étudiants en groupes de médecins, de personnel de triage, d'épidémiologistes, des médias, du gouvernement et de la population en général.
Puis, la même année, sur un coup de tête, Brown a contacté Pardis Sabeti, un généticien informatique et professeur à l'Université de Harvard.
Sabeti avait déjà fait des recherches sur les maladies infectieuses telles que le virus Ebola. Et de 2014 à 2016, elle et Andrés Colubri, chercheur en informatique dans son laboratoire, ont travaillé sur des applications qui pourraient prendre en charge le diagnostic, la prédiction du pronostic et la recherche de contacts numériques. "C'est quelque chose que quiconque a été dans une épidémie a reconnu comme nécessaire", déclare Sabeti. "Le monde entier y est venu pendant le COVID, [mais] nous y sommes venus avant et pendant Ebola et pendant l'épidémie d'oreillons parce qu'il nous est apparu clairement qu'il se propageait par contacts."
Au moment où Sabeti découvrait le travail de Brown, elle et Colubri discutaient des moyens d'obtenir de bonnes données et de modéliser les différentes facettes d'une épidémie. Ils ont été attirés par le projet de cour d'école dont ils ont entendu parler par Brown parce qu'ils y voyaient une opportunité de rendre l'expérience des élèves aussi engageante et hyperréaliste que possible, et également d'obtenir des informations de haute qualité sur la façon dont les humains réels réagiraient à l'atténuation. méthodes comme la vaccination ou la quarantaine. "À ce moment-là, ces pièces se sont en quelque sorte réunies, et c'était comme attendre, la meilleure chose à faire est de simuler une épidémie", dit-elle. "Et il est préférable de simuler sur le téléphone [via une application] où vous pouvez créer toutes ces pièces qui rendraient la simulation plus réaliste et rassembler les données."
Fin 2017, Colubri, Sabeti et Brown ont lancé la première version de l'application pour smartphone Operation Outbreak et de la plate-forme Web qui l'accompagne.
Operation Outbreak est un projet destiné aux écoles et aux établissements d'enseignement. Tous les participants doivent télécharger l'application Operation Outbreak (disponible dans les magasins d'applications iOS et Android) pour configurer la simulation.
Alors que Operation Outbreak s'associe principalement aux écoles (qui peuvent contacter l'équipe pour recevoir un code pour activer l'application), ils travaillent vers une approche plus décentralisée où toute école ou organisation peut créer une simulation et utiliser l'application. "Nous travaillons actuellement sur ce point pour déterminer quel est le meilleur niveau de supervision qui peut ou non être nécessaire", déclare Kian Sani, responsable de programme pour Operation Outbreak, désormais un projet de sensibilisation géré par le Broad Institute de Harvard et le MIT. .
L'agent pathogène virtuel circule sur les téléphones via Bluetooth. L'application de chaque utilisateur affichera un avatar qui affiche son état de santé (représenté par un emoji visage heureux ou un emoji visage malade). L'application utilise des logiciels tels que p2pkit, Herald et Estimote pour détecter la proximité et le contact avec les appareils à proximité. Il enregistre toutes les interactions entre les utilisateurs distants de moins de 10 pieds avec une résolution d'une seconde.
L'agent pathogène virtuel peut être transmis si un téléphone est proche d'un participant infectieux, et la probabilité de transmission sur une certaine période de temps est prédéfinie dans les paramètres de la simulation à l'avance. L'application peut également modéliser les effets d'interventions telles que des tests de diagnostic, des vaccins, des masques ou des équipements de protection individuelle. Les étudiants les obtiennent en scannant des codes QR qui diminuent leur probabilité d'attraper le virus. Par exemple, dans les versions où la propagation asymptomatique est activée, les utilisateurs peuvent avoir des avatars qui semblent sains lorsqu'ils sont porteurs du virus et ils ne peuvent découvrir qu'ils sont infectés qu'en scannant le code QR du test de diagnostic, explique Sani.
Chaque interaction et contact qui se produit pendant la simulation est enregistré sur un serveur Web qui peut être utilisé pour observer ce qui se passe en temps réel ou analyser des modèles après la simulation (comme la fonction "God View" dans les jeux vidéo). Le portail Web permet également aux organisateurs d'obtenir des données sur le nombre de cas et l'état de santé de chaque participant, ainsi que de modifier différents paramètres pour l'épidémie, notamment le nombre d'utilisateurs, la durée, les symptômes, le temps de récupération, la transmissibilité virale, l'argent et les ressources. attributions, et plus encore. Cela crée un microcosme où les politiques publiques, l'économie et les décisions personnelles se jouent dans les limites de la technologie.
"Chaque épidémie [simulation], il y avait plus d'informations qui étaient générées dans la réponse du monde réel", explique Sabeti. "Essentiellement, ces épidémies pourraient imiter tout ce que vous pourriez ressentir, des tensions policières à la méfiance du gouvernement envers les passeports vaccinaux et les personnes qui trompent le système."
Bien que l'équipe effectue toujours des simulations pendant la pandémie de COVID, certaines des informations étonnamment pertinentes qu'ils ont remarquées proviennent d'essais qui ont été menés en 2018 et au début de 2019. Par exemple, dans l'une de ces configurations pré-COVID, les participants qui étaient des rôles gouvernementaux assignés ont décidé de mentir à la population générale afin de lui faire faire certaines choses. Ensuite, un lanceur d'alerte l'a divulgué aux médias qui l'ont signalé à la population générale.
"Tout s'est détraqué", explique Brown. "C'étaient de jeunes enfants chez qui nous voyions ce genre de comportements."
Dans une autre course, les enfants n'avaient pas le droit de se déplacer en raison de leur état de santé. "Il y a toujours des gens qui ne veulent pas respecter les règles pour pouvoir obtenir ce qu'ils veulent en tant qu'individu. Ils prenaient donc une capture d'écran de l'emoji sain pour falsifier le passeport et accéder ensuite à certaines zones. »
Il existe également un système financier intégré à la simulation qui peut randomiser le montant d'argent que les familles ont reçu pour les aider, et la richesse n'a pas été répartie uniformément. Dans ces scénarios, bien que certains avec des sommes d'argent « grotesques » aient décidé d'aider ceux qui n'en avaient pas, il y avait aussi des gens qui ont utilisé leur capital supplémentaire pour acheter des fournitures comme des masques et essayer de les revendre à un prix plus élevé même si « vous n'avez pas obtenir n'importe quoi pour être riche à la fin », note Brown.
"Regarder certaines de ces choses, regarder les gens protester contre les décisions du gouvernement, regarder les gens se mettre en colère les uns contre les autres... C'était surréaliste", dit Brown. Il voit une certaine "étrangeté cosmique" dans la façon dont les choses se sont depuis alignées entre les simulations et la vie réelle. Un an avant que les États-Unis ne déclarent l'état d'urgence, l'équipe a rédigé un éditorial de 2019 dans Wired pourquoi ils ne devraient pas attendre qu'une pandémie se produise pour préparer les gens à la façon dont les choses pourraient se passer. Cette même année, ils ont commencé à exécuter une version du virus inspiré du SRAS qui se propage de manière asymptomatique, pour le rendre difficile pour les participants. D'anciens élèves lui ont même envoyé un e-mail pendant la pandémie de COVID pour lui dire à quel point il était bizarre que les adultes agissent presque exactement comme ils l'avaient fait au collège. "C'était très Twilight Zone", dit Brown.
Initialement, l'objectif pour les étudiants de la simulation était de survivre. Mais ils ont testé d'autres mesures pour gagner en groupe, comme un pourcentage spécifique de survie. "Je pense que cela change avec certains des nouveaux ajouts à l'application avec des stratégies de vaccination et de masquage", déclare Brown. Lors d'une récente course de 2021 avec l'Université Brigham Young, ils ont même utilisé la simulation pour explorer des idées pour inciter à davantage de vaccinations.
En plus d'utiliser cette technologie pour créer un cadre plus immersif pour les étudiants, l'équipe d'Operation Outbreak espère que leurs données de simulation pourront aider à créer de meilleurs modèles prédictifs sur le déroulement des pandémies réelles. L'équipe a déjà publié quelques résultats préliminaires à ce sujet dans une Cellule commentaire et un article préimprimé sur medRxiv .
L'un des avantages est que ces fausses pandémies peuvent permettre aux chercheurs de l'équipe de cartographier complètement tout ce qui se passe - qui a infecté qui - ce qui est difficile à suivre dans une véritable épidémie. « Nous avons toujours une vision partielle des choses lors d'une véritable épidémie. Nous devons tester tout le monde, c'est quelque chose qui n'est pas possible », déclare Colubri. "Avec les données de cette simulation, nous avons l'avantage d'obtenir les données de source au sol, une sorte de réponse à ce qui s'est passé."
Ils peuvent ensuite utiliser ces données pour déduire comment des groupes de personnes pourraient interagir les uns avec les autres et propager l'agent pathogène dans la communauté et construire des modèles de risque d'exposition ou de nouveaux algorithmes qui pourraient prédire ce qui se passe lors d'une véritable épidémie.
Une autre caractéristique est que les simulations d'Operation Outbreak bénéficient de l'apport humain. "Il existe toute une méthode pour exécuter des simulations d'épidémies avec des modèles basés sur des agents, ce qui revient essentiellement à exécuter une simulation Sim City où l'ordinateur simule chaque agent", explique Colubri. « Mais ici, les individus sont de vraies personnes qui pourraient faire des choses que vous n'aviez pas anticipées. Cet élément de comportement imprévisible que nous avons dans cette simulation est quelque chose qui le distingue de ces autres modèles où tout est déjà programmé dans le système.
De là, il existe de nombreuses possibilités intéressantes pour ce type de recherche, même si une grande partie reste spéculative pour le moment. D'une part, l'opération Outbreak pourrait servir de banc d'essai pour tester des politiques publiques ou des techniques d'intervention. Alternativement, ils pourraient utiliser les modèles dérivés de la simulation comme base pour construire un calculateur de risque en temps réel qui peut prendre des données de contacts Bluetooth réels (cela pourrait ressembler au système qu'Apple et Google se sont associés pour créer en avril 2020) .
Ils ne sont pas le seul groupe à penser à intégrer les relations sociales dans les modèles de pandémies. Plusieurs groupes de recherche ont examiné comment la dynamique des contacts sociaux, les influences culturelles sur le comportement et des facteurs tels que les restrictions et la vitesse de déploiement des vaccins peuvent avoir un impact sur la façon dont les populations réagissent en général à ces menaces émergentes pour la santé publique.
Ran Xu, statisticien appliqué et professeur adjoint à l'Université du Connecticut qui n'est pas impliqué dans l'opération Outbreak, dit qu'il voit la valeur de tels exercices de simulation.
"Les simulations de maladies ont été largement utilisées dans la planification des politiques et à des fins éducatives", dit-il. « Celui-ci semble particulièrement intéressant car les utilisateurs peuvent jouer un rôle lors d'une épidémie et voir comment leurs comportements affectent la transmission de la maladie. De nombreux articles ont souligné le rôle important du comportement humain dans l'épidémiologie. Lui et ses collègues ont publié un article le mois dernier dans PLOS Computational Biology qui ont montré que détailler comment la maladie affecte le comportement et vice versa est important pour construire de meilleurs modèles de prévision de pandémie. Mais toute information comportementale devrait être testée plus rigoureusement par la suite avec des données du monde réel également, dit-il.
Certaines limites doivent également être prises en compte. "Cela peut ne pas représenter pleinement ce qui se passera lors de la prochaine épidémie de maladie en fonction du sérieux avec lequel les gens y joueront", note Xu. "Mais cela s'applique à n'importe quelle simulation."
En dehors de l'opération Outbreak, Sabeti travaille sur un certain nombre d'autres projets liés à la pandémie, la plupart convergeant à l'intersection de la génétique, de l'épidémiologie et de la technologie. Séparément, Sabeti et ses collègues ont travaillé sur une application de suivi des symptômes pour les infections à COVID appelée Scout, qu'ils ont testée à l'Université Colorado Mesa.
Sabeti pense que les plateformes numériques qui permettent la recherche des contacts, la surveillance de l'état de santé et le suivi des virus seront essentielles pour contenir et gérer la propagation de nouvelles infections. Mais les problèmes de confidentialité restent un obstacle. "Ce qui me fascine, c'est que tout le monde est tellement effrayé par sa vie privée dans ces épidémies", dit-elle. «Nous sommes sur TikTok pour partager chacune de nos pensées personnelles. Mais d'une manière ou d'une autre, les données qui pourraient vous sauver d'un virus mortel sont une chose que vous voulez protéger.
"Le manque de confiance est si élevé et cela s'est tellement aggravé au cours de cette période", ajoute Sabeti. "C'est fou tout ce que nous devons surmonter pour arriver à un point où cela fonctionnera et ces technologies [telles que la recherche des contacts et les applications de surveillance de la santé] ne feront pas peur aux gens."
Sabeti estime qu'elle passe plus de temps sur l'opération Outbreak que sur tout autre projet du laboratoire. Ce temps est divisé en périodes de peaufinage de l'application et d'élaboration de plans de simulation, mais également en édition d'un manuel sur la science des épidémies (qui devrait sortir l'année prochaine). "C'est probablement la chose la plus importante que je puisse faire :éduquer une génération de personnes qui comprennent ces technologies et comprennent ce que je veux dire", dit-elle.
L'éducation, en fait, reste la mission principale de l'opération Outbreak. « Vous pourriez dire que les gens vivent la pandémie depuis plus de deux ans, pourquoi voudrions-nous y jouer avec une application. La réponse est que les informations que nous avons reçues via les actualités et les réseaux sociaux sont souvent contradictoires, [avec] beaucoup de désinformation, ce qui n'aide vraiment pas », déclare Colubri. "En créant ces scénarios de simulation immersifs, nous pourrions aider à donner un sens à ce qui s'est passé."
Souvent, grâce à des courses répétées, les élèves deviennent plus prévenants, ils apprennent à coopérer, ils apprennent à exprimer leurs besoins et, finalement, ils s'améliorent pour vaincre l'agent pathogène.
L'objectif du projet est qu'en plus de soulever des questions convaincantes sur le comportement humain en cas de catastrophe, il peut également préparer la prochaine génération de scientifiques, de responsables de la santé publique et d'intervenants de la santé à réfléchir à leurs positions dans ces situations, à comprendre comment leurs rôles fonctionnent en conjonction avec d'autres parties de la société, et comprendre comment ce qu'ils font en tant qu'individu ou collectif peut avoir un impact sur d'autres personnes.
"J'ai demandé à un groupe d'enseignants :combien de personnes sont satisfaites de la façon dont les États-Unis dans leur ensemble ont réagi à cela ? Et pratiquement personne ne lève la main », ajoute Brown. « En quoi cette pandémie aurait-elle été différente si la personne en général qui marchait dans la rue avait eu une meilleure compréhension de la science, de la sensibilisation et de la réponse aux épidémies ? Quels auraient été les résultats à ce stade par rapport à ce qu'ils ont été en réalité ? »
Un élément clé de cette simulation est l'exercice post-épidémie, que Brown a inclus au début du programme pour donner aux étudiants l'occasion de réfléchir aux raisons pour lesquelles eux-mêmes ou d'autres ont agi d'une manière ou d'une autre, et de discuter si leurs décisions ont fonctionné le mieux pour eux-mêmes. ou pour tout le monde dans le groupe.
«Nous avions des situations dans lesquelles la communication, la confiance du gouvernement, la croyance ou la compréhension des principes scientifiques de base, ces choses que nous voyons sont toujours au bas de la chaîne de décision. À cause de cela, cela a changé la façon dont les gens se comportaient », explique Brown. «Mais les enfants apprennent. Ils se rendent compte que ce n'est probablement pas la meilleure façon de faire quelque chose.
Souvent, grâce à des courses répétées, les élèves deviennent plus prévenants, ils apprennent à coopérer, ils apprennent à exprimer leurs besoins et, finalement, ils s'améliorent pour vaincre l'agent pathogène.
"Ce qui est intéressant, c'est que cela donne aux étudiants de l'empathie pour les circonstances de quelqu'un d'autre, dans une situation qui n'est pas très importante et volatile", ajoute Sabeti.
Les chercheurs à l'origine du projet Operation Outbreak soulignent l'urgence actuelle d'informer correctement les jeunes générations sur la façon de naviguer et de répondre à ces urgences sanitaires mondiales stressantes et chaotiques, un élément qui fait défaut dans la plupart des programmes scolaires, d'autant plus que les statistiques montrent que les épidémies de type COVID on s'attend seulement à ce qu'ils deviennent plus fréquents et plus graves.
Le COVID, pour lequel il existe des vaccins efficaces, a déjà tué plus d'un million de personnes aux États-Unis. Mais étonnamment, ce n'est toujours pas le virus que Sabeti considère comme "le grand".
"C'est une période très effrayante", dit Sabeti. "Que faisons-nous si nous obtenons réellement quelque chose qui est le" grand "qui pourrait tuer n'importe lequel d'entre nous instantanément à tous les âges ? Comment tout cela se passerait-il ?"
