För att kontrollera en epidemi, myndigheter kommer ofta att införa varierande grader av lockdown. I ett papper i tidningen Kaos , forskare har upptäckt, använder matematik och datasimuleringar, varför dela upp en stor befolkning i flera delpopulationer som inte blandas kan hjälpa till att begränsa utbrott utan att införa kontaktrestriktioner inom dessa lokalsamhällen.

"Nyckeltanken är att vid låga infektionsantal, fluktuationer kan förändra epidemiernas gång avsevärt, även om du förväntar dig en exponentiell ökning av antalet infektioner i genomsnitt, "sa författaren Ramin Golestanian.

När infektionsantalet är högt, slumpmässiga effekter kan ignoreras. Men att dela upp en befolkning kan skapa samhällen så små att slumpmässiga effekter spelar roll.

"När en stor befolkning är indelad i mindre samhällen, dessa slumpmässiga effekter förändrar dynamiken för hela befolkningen fullständigt. Slumpmässighet gör att antalet högsta antal infektioner sjunker, "sa författaren Philip Bittihn.

För att reta ut hur slumpmässighet påverkar en epidemi, utredarna först övervägde en så kallad deterministisk modell utan slumpmässiga händelser. För detta test, de antog att individer i varje delpopulation möter andra i samma takt som de skulle ha i den stora befolkningen. Även om delpopulationer inte får blandas, samma dynamik observeras i den indelade befolkningen som i den initiala stora befolkningen.

Om, dock, slumpmässiga effekter ingår i modellen, dramatiska förändringar inträffar, även om kontaktfrekvensen i delpopulationerna är densamma som i den fullständiga.

En befolkning på 8 miljoner individer med 500 initialt smittade studerades med hjälp av en smittsam kontaktfrekvens som ses för COVID-19 med milda sociala distansåtgärder. Med dessa parametrar, sjukdomen sprider sig exponentiellt med infektioner som fördubblas var 12:e dag.

"Om denna befolkning får blandas homogent, dynamiken kommer att utvecklas enligt den deterministiska förutsägelsen med en topp på cirka 5% infekterade individer, "sa Bittihn.

Dock, om befolkningen delas upp i 100 delpopulationer av 80, 000 personer vardera, toppprocenten av infekterade individer sjunker till 3%. Om gemenskapen delas upp ytterligare till 500 undergrupper om 16, 000 vardera, infektionen når bara 1% av den ursprungliga befolkningen.

Huvudorsaken till att indelningen av befolkningen fungerar är att epidemin är helt släckt i en betydande del av undergrupperna. Denna "utrotningseffekt" uppstår när infektionskedjor spontant upphör.

Ett annat sätt att dela upp fungerar är genom att desynkronisera hela befolkningen. Även om utbrott uppstår i de mindre samhällena, topparna kan komma vid olika tidpunkter och kan inte synkronisera och lägga till ett stort antal.

"I verkligheten, delpopulationer kan inte isoleras perfekt, så lokal utrotning kan bara vara tillfällig, "Sade Golestanian." Ytterligare studier pågår för att ta hänsyn till detta och lämpliga motåtgärder. "