Published June 28, 2021 | Version v1
Publication Open

Infection rate models for COVID-19: Model risk and public health news sentiment exposure adjustments

  • 1. Academy of Mathematics and Systems Science
  • 2. Chinese Academy of Sciences
  • 3. University of California, Santa Barbara
  • 4. Macquarie University

Description

During the COVID-19 pandemic, governments globally had to impose severe contact restriction measures and social mobility limitations in order to limit the exposure of the population to COVID-19. These public health policy decisions were informed by statistical models for infection rates in national populations. In this work, we are interested in modelling the temporal evolution of national-level infection counts for the United Kingdom (UK-Wales, England, Scotland), Germany (GM), Italy (IT), Spain (SP), Japan (JP), Australia (AU) and the United States (US). We model the national-level infection counts for the period January 2020 to January 2021, thus covering both the pre- and post-vaccine roll-out periods, in order to better understand the most reliable model structure for the COVID-19 epidemic growth curve. We achieve this by exploring a variety of stochastic population growth models and comparing their calibration, with respect to in-sample fitting and out-of-sample forecasting, both with and without exposure adjustment, to the most widely used and reported growth model, the Gompertz population model, often referred to in the public health policy discourse during the COVID-19 pandemic. Model risk as we explore it in this work manifests in the inability to adequately capture the behaviour of the disease progression growth rate curve. Therefore, our concept of model risk is formed relative to the standard reference Gompertz model used by decision-makers, and then we can characterise model risk mathematically as having two components: the dispersion of the observation distribution, and the structure of the intensity function over time for cumulative counts of new infections daily (i.e. the force of infection) attributed directly to the COVID-19 pandemic. We also explore how to incorporate in these population models the effect that governmental interventions have had on the number of infected cases. This is achieved through the development of an exposure adjustment to the force of infection comprised of a purpose-built sentiment index, which we construct from various authoritative public health news reporting. The news reporting media we employed were the New York Times, the Guardian, the Telegraph, Reuters global blog, as well as national and international health authorities: the European Centre for Disease Prevention and Control, the United Nations Economic Commission for Europe, the United States Centres for Disease Control and Prevention, and the World Health Organisation. We find that exposure adjustments that incorporate sentiment are better able to calibrate to early stages of infection spread in all countries under study.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

خلال جائحة كوفيد-19، اضطرت الحكومات على مستوى العالم إلى فرض تدابير صارمة لتقييد الاتصال وقيود على الحراك الاجتماعي من أجل الحد من تعرض السكان لكوفيد-19. استرشدت قرارات سياسة الصحة العامة هذه بالنماذج الإحصائية لمعدلات الإصابة بين السكان الوطنيين. في هذا العمل، نحن مهتمون بنمذجة التطور الزمني لتعداد العدوى على المستوى الوطني للمملكة المتحدة (المملكة المتحدة - ويلز، إنجلترا، اسكتلندا)، ألمانيا (GM)، إيطاليا (IT)، إسبانيا (SP)، اليابان (JP)، أستراليا (AU) والولايات المتحدة (US). نقوم بنمذجة عدد الإصابات على المستوى الوطني للفترة من يناير 2020 إلى يناير 2021، وبالتالي نغطي فترتي ما قبل نشر اللقاح وما بعده، من أجل فهم أفضل لهيكل النموذج الأكثر موثوقية لمنحنى نمو وباء COVID -19. نحقق ذلك من خلال استكشاف مجموعة متنوعة من نماذج النمو السكاني العشوائية ومقارنة معايرتها، فيما يتعلق بالتركيب داخل العينة والتنبؤ خارج العينة، مع تعديل التعرض وبدونه، بنموذج النمو الأكثر استخدامًا والإبلاغ عنه، نموذج Gompertz للسكان، وغالبًا ما يشار إليه في خطاب سياسة الصحة العامة خلال جائحة COVID -19. تتجلى مخاطر النموذج أثناء استكشافنا لها في هذا العمل في عدم القدرة على التقاط سلوك منحنى معدل نمو تطور المرض بشكل كافٍ. لذلك، يتم تشكيل مفهومنا لمخاطر النموذج بالنسبة إلى نموذج Gompertz المرجعي القياسي الذي يستخدمه صانعو القرار، ومن ثم يمكننا وصف مخاطر النموذج رياضيًا على أنها تحتوي على مكونين: تشتت توزيع المراقبة، وهيكل وظيفة الشدة بمرور الوقت للعد التراكمي للعدوى الجديدة يوميًا (أي قوة العدوى) المنسوبة مباشرة إلى جائحة COVID -19. كما نستكشف كيفية دمج تأثير التدخلات الحكومية على عدد الحالات المصابة في هذه النماذج السكانية. ويتحقق ذلك من خلال تطوير تعديل التعرض لقوة العدوى يتكون من مؤشر مشاعر مبني على الغرض، والذي نبنيه من مختلف التقارير الإخبارية الموثوقة للصحة العامة. كانت وسائل الإعلام الإخبارية التي استخدمناها هي صحيفة نيويورك تايمز، وصحيفة الغارديان، وصحيفة التلغراف، ومدونة رويترز العالمية، بالإضافة إلى السلطات الصحية الوطنية والدولية: المركز الأوروبي للوقاية من الأمراض ومكافحتها، ولجنة الأمم المتحدة الاقتصادية لأوروبا، ومراكز الولايات المتحدة لمكافحة الأمراض والوقاية منها، ومنظمة الصحة العالمية. وجدنا أن تعديلات التعرض التي تتضمن المشاعر هي أكثر قدرة على المعايرة إلى المراحل المبكرة من انتشار العدوى في جميع البلدان قيد الدراسة.

Translated Description (French)

Pendant la pandémie de COVID-19, les gouvernements du monde entier ont dû imposer de sévères mesures de restriction des contacts et des limitations de mobilité sociale afin de limiter l'exposition de la population à la COVID-19. Ces décisions de politique de santé publique ont été éclairées par des modèles statistiques pour les taux d'infection dans les populations nationales. Dans ce travail, nous nous intéressons à la modélisation de l'évolution temporelle du nombre d'infections au niveau national pour le Royaume-Uni (UK-Wales, Angleterre, Écosse), l'Allemagne (GM), l'Italie (IT), l'Espagne (SP), le Japon (JP), l'Australie (AU) et les États-Unis (US). Nous modélisons le nombre d'infections au niveau national pour la période de janvier 2020 à janvier 2021, couvrant ainsi les périodes de déploiement pré et post-vaccin, afin de mieux comprendre la structure de modèle la plus fiable pour la courbe de croissance de l'épidémie de COVID-19. Nous y parvenons en explorant une variété de modèles stochastiques de croissance de la population et en comparant leur étalonnage, en ce qui concerne l'ajustement dans l'échantillon et les prévisions hors échantillon, avec et sans ajustement de l'exposition, au modèle de croissance le plus largement utilisé et rapporté, le modèle de population de Gompertz, souvent mentionné dans le discours sur la politique de santé publique pendant la pandémie de COVID-19. Le risque de modèle tel que nous l'explorons dans ce travail se manifeste par l'incapacité à capturer de manière adéquate le comportement de la courbe de taux de croissance de la progression de la maladie. Par conséquent, notre concept de risque de modèle est formé par rapport au modèle de référence standard de Gompertz utilisé par les décideurs, puis nous pouvons caractériser mathématiquement le risque de modèle comme ayant deux composantes : la dispersion de la distribution d'observation et la structure de la fonction d'intensité dans le temps pour le nombre cumulé de nouvelles infections quotidiennes (c'est-à-dire la force d'infection) attribuées directement à la pandémie de COVID-19. Nous explorons également comment intégrer dans ces modèles de population l'effet des interventions gouvernementales sur le nombre de cas infectés. Ceci est réalisé grâce au développement d'un ajustement de l'exposition à la force d'infection composé d'un indice de sentiment spécialement conçu, que nous construisons à partir de divers reportages d'actualité de santé publique faisant autorité. Les médias d'information que nous avons employés étaient le New York Times, le Guardian, le Telegraph, le blog mondial de Reuters, ainsi que les autorités sanitaires nationales et internationales : le Centre européen de prévention et de contrôle des maladies, la Commission économique des Nations Unies pour l'Europe, les Centres de contrôle et de prévention des maladies des États-Unis et l'Organisation mondiale de la santé. Nous constatons que les ajustements d'exposition qui intègrent le sentiment sont mieux à même de se calibrer aux premiers stades de la propagation de l'infection dans tous les pays à l'étude.

Translated Description (Spanish)

Durante la pandemia de COVID-19, los gobiernos de todo el mundo tuvieron que imponer severas medidas de restricción de contacto y limitaciones de movilidad social para limitar la exposición de la población a COVID-19. Estas decisiones de política de salud pública se basaron en modelos estadísticos para las tasas de infección en las poblaciones nacionales. En este trabajo, nos interesa modelar la evolución temporal de los recuentos de infecciones a nivel nacional para el Reino Unido (Reino Unido-Gales, Inglaterra, Escocia), Alemania (GM), Italia (IT), España (SP), Japón (JP), Australia (AU) y Estados Unidos (US). Modelamos los recuentos de infecciones a nivel nacional para el período de enero de 2020 a enero de 2021, cubriendo así los períodos previos y posteriores a la implementación de la vacuna, con el fin de comprender mejor la estructura modelo más confiable para la curva de crecimiento epidémico de COVID-19. Logramos esto explorando una variedad de modelos estocásticos de crecimiento de la población y comparando su calibración, con respecto al ajuste dentro de la muestra y el pronóstico fuera de la muestra, tanto con como sin ajuste de exposición, con el modelo de crecimiento más utilizado e informado, el modelo de población de Gompertz, a menudo referido en el discurso de la política de salud pública durante la pandemia de COVID-19. El riesgo del modelo a medida que lo exploramos en este trabajo se manifiesta en la incapacidad de capturar adecuadamente el comportamiento de la curva de tasa de crecimiento de progresión de la enfermedad. Por lo tanto, nuestro concepto de riesgo del modelo se forma en relación con el modelo de Gompertz de referencia estándar utilizado por los responsables de la toma de decisiones, y luego podemos caracterizar matemáticamente el riesgo del modelo como que tiene dos componentes: la dispersión de la distribución observada y la estructura de la función de intensidad a lo largo del tiempo para los recuentos acumulativos de nuevas infecciones diarias (es decir, la fuerza de la infección) atribuidas directamente a la pandemia de COVID-19. También exploramos cómo incorporar en estos modelos poblacionales el efecto que las intervenciones gubernamentales han tenido sobre el número de casos infectados. Esto se logra mediante el desarrollo de un ajuste de exposición a la fuerza de la infección compuesto por un índice de sentimiento especialmente diseñado, que construimos a partir de varios informes de noticias de salud pública autorizados. Los medios de comunicación que empleamos fueron el New York Times, The Guardian, The Telegraph, el blog global de Reuters, así como las autoridades sanitarias nacionales e internacionales: el Centro Europeo para la Prevención y el Control de Enfermedades, la Comisión Económica para Europa de las Naciones Unidas, los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades de los Estados Unidos y la Organización Mundial de la Salud. Encontramos que los ajustes de exposición que incorporan el sentimiento son más capaces de calibrar las primeras etapas de la propagación de la infección en todos los países bajo estudio.

Files

journal.pone.0253381&type=printable.pdf

Files (3.4 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:9501144cc4876e512993882565c7d93f
3.4 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
نماذج معدل الإصابة بـ COVID -19: مخاطر النموذج وتعديلات التعرض لأخبار الصحة العامة
Translated title (French)
Modèles de taux d'infection pour la COVID-19 : Modéliser les ajustements d'exposition aux risques et aux nouvelles de santé publique
Translated title (Spanish)
Modelos de tasa de infección por COVID-19: Ajustes de exposición al riesgo del modelo y al sentimiento de las noticias de salud pública

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3163179326
DOI
10.1371/journal.pone.0253381

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1979663020
  • https://openalex.org/W1985054565
  • https://openalex.org/W1985715247
  • https://openalex.org/W2016210396
  • https://openalex.org/W2033640210
  • https://openalex.org/W2035797868
  • https://openalex.org/W2059448777
  • https://openalex.org/W2099813784
  • https://openalex.org/W2100891518
  • https://openalex.org/W2132504853
  • https://openalex.org/W2138904898
  • https://openalex.org/W2148534890
  • https://openalex.org/W2610280490
  • https://openalex.org/W2806187618
  • https://openalex.org/W2882319491
  • https://openalex.org/W2981973794
  • https://openalex.org/W3000466293
  • https://openalex.org/W3002135747
  • https://openalex.org/W3006642361
  • https://openalex.org/W3010952109
  • https://openalex.org/W3018422079
  • https://openalex.org/W3036356470
  • https://openalex.org/W3044916830
  • https://openalex.org/W3080149429
  • https://openalex.org/W3098115713
  • https://openalex.org/W3100347265
  • https://openalex.org/W3123259284
  • https://openalex.org/W3125952890
  • https://openalex.org/W3126883404
  • https://openalex.org/W4233116977
  • https://openalex.org/W638910688