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Max-Planck-Institut für Informatik Algorithmus berechnet Pandemie-Risiko

Von Bertram Somieski

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Wie groß ist die Gefahr einer Pandemie – etwa bei Ebola – durch infizierte Fluggäste? Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Informatik haben einen Algorithmus entwickelt, um den Einfluss jedes einzelnen Flughafens weltweit auf dieses Risiko zu berechnen.

Die Ausbreitung einer Pandemie über Flugrouten haben Informatiker bei Max Planck berechnet.(Max Planck Institut für Informatik)
Die Ausbreitung einer Pandemie über Flugrouten haben Informatiker bei Max Planck berechnet.
(Max Planck Institut für Informatik)

Mit der Zunahme des weltweiten Flugverkehrs steigt die Gefahr von Pandemien. Tausende Flugverbindungen täglich – mit zehntausenden Fluggästen in engstem physischen Kontakt – können lokale Ereignisse zu globalen Phänomenen verstärken. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Informatik haben nun einen Algorithmus entwickelt, der aus der Anbindungsstärke eines Flughafens das Risiko berechnet, dass von dort eine Pandemie beginnt.

Am MPI für Informatik in Saarbrücken wird seit Jahren in der Arbeitsgruppe "Bioinformatik" an Modellen der Ausbreitungscharakteristik von Krankheiten oder sozialen Phänomenen innerhalb von Netzwerken geforscht. Die Wissenschaftler dort haben dazu eine, expected force genannte, Maßzahl entwickelt, die Größe, Dichte und Vielfalt der Verbindungen zu Nachbarknoten kombiniert; die Werte liegen dabei zwischen 0 und 100 und korrelieren zu 90 Prozent mit dem Potential, dass von dem Knoten im Netzwerk eine Ereigniskaskade ausgeht. Das können auch harmlose Ereignisse in sozialen Netzwerken sein, wie z.B. Twitter-Retweets. Für eine Infektionskrankheit im globalen Maßstab manifestiert diese Kaskade aber eine Pandemie.

Dr. Glenn Lawyer hat diese Maßzahl auf das Netzwerk der weltweiten Flugverbindungen angewendet, für jeden Flughafen weltweit dessen expected force "ExF" berechnet und auf einer Webseite verfügbar gemacht. Die expected force berechnet sich aus Daten zu Flugverbindungen vom jeweiligen Flughafen und der an den Zielflughäfen folgenden Anschlussverbindungen. Sie wurde auf der Grundlage einer Datenbank von 3.458 Flughäfen mit 68.820 Flugverbindungen und 171 verschiedenen Flugzeugvarianten berechnet. Die ExF eines Flughafens ist von der Anzahl der Flugrouten, deren Frequenz sowie der Sitzkapazität der Flugzeuge bestimmt.

Nahe dem Maximum von ExF=100 finden sich Flughäfen mit sehr vielen Verbindungen und hohen Fluggastzahlen (Frankfurt, Atlanta, Peking), annähernd Null sind sehr abgelegene, z.B. Mount Pleasant, Falkland Inseln, ExF=3.

"Die Webseite gibt den Besuchern die Möglichkeit, die Infektionswege innerhalb des Netzwerks von Flugverbindungen nachzuvollziehen," erklärt Glenn Lawyer. "Man sieht, wie die Weiterverbreitung vom der Startpunkt beeinflusst ist."

Die Webseite verdeutlicht, dass die Ausbreitung so lange langsam vor sich geht, bis sie den Netzwerkkern erreicht hat. Ab dann verstärkt sie sich explosionsartig. Die Webseite bietet zwei Modi an: "SI" nimmt eine Pandemie an und simuliert deren Verlauf bis der gesamte Netzwerkkern betroffen ist; der Modus "SIS" beschreibt, dass verseuchte Netzwerkknoten mit der Zeit gesunden – eine Pandemie entsteht nur dann, wenn die Krankheit schnell ausreichend viele Knoten erreicht.

Weitere Informationen unter: http://expectedforce.mpi-inf.mpg.de

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