Da die COVID-19-Pandemie verheerende Schäden anrichtete und Menschenleben auf dem Spiel standen, wurden die Ratschläge von Experten an Entscheidungsträger unverzichtbar. Gleichzeitig kam es zu hitzigen Debatten, als die Berechnungen der Forscher zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen führten, von Gesichtsmasken bis hin zu Schulschließungen. Ein neues Handbuch zu mathematischen Modellen wurde jetzt gemeinsam von der Technischen Universität Chalmers und der Universität Göteborg, Schweden, sowie mehreren schwedischen Regierungsbehörden erstellt. Das Handbuch soll den Weg für eine bessere Entscheidungsfindung und eine bessere Vorbereitung auf die nächste Pandemie ebnen.
Professor Philip Gerlee. Bildquelle: Setta Aspström, Chalmers University of Technology
Ein mathematisches Modell ist eine Vereinfachung der Realität, die uns helfen kann, uns in einer komplexen Welt zurechtzufinden. Während der COVID-19-Pandemie wurden mathematische Modelle verwendet, um die Ausbreitung des Virus zu simulieren, den Gesundheitsbedarf vorherzusagen und die Auswirkungen verschiedener Maßnahmen zu bewerten – von Lockdowns über Händewaschroutinen bis hin zu Gesichtsbedeckungen.
Durch die Übersetzung verschiedener Faktoren in mathematische Begriffe – etwa Daten zu Risikogruppen und demografischen Merkmalen oder Informationen zu Infizierten, Genesenen und Verstorbenen – konnten Forscher mithilfe mathematischer Werkzeuge Prognosen erstellen und Entscheidungsträger bei wichtigen Entscheidungen beraten.
Torbjörn Lundh ist Professor für Biomathematik an der Technischen Universität Chalmers und der Universität Göteborg. Während der Pandemie half er dem Sahlgrenska-Universitätskrankenhaus in Göteborg, Schweden, den Bedarf an Intensivbetten auf wöchentlicher Basis mithilfe mathematischer Modellierung abzuschätzen.
Er ist jetzt einer der Autoren eines neuen Handbuchs, das gemeinsam von der Technischen Universität Chalmers, der schwedischen Gesundheitsbehörde, der schwedischen Verteidigungsforschungsagentur (FOI) und den schwedischen Streitkräften erstellt wurde. Es bietet praktische Anleitungen dazu, wie mathematische Modelle zur Entscheidungsfindung genutzt werden können und wie die Ergebnisse in Krisenzeiten kommuniziert werden können, in denen die meisten Dinge ungewiss sind – und Zeit von entscheidender Bedeutung ist.
Dies ist ein Buch, das ich während der COVID-19-Pandemie selbst gerne gehabt hätte. Dann hätte ich noch effektiver und sicherer arbeiten können“,
Torbjörn Lundh, Professor für Biomathematik, Technische Universität Chalmers und Universität Göteborg
Ein Modell ist keine endgültige Antwort
Philip Gerlee, Professor für Biomathematik an der Technischen Universität Chalmers und der Universität Göteborg, ist der leitende Forscher für das Handbuch. Er hofft, dadurch das Bewusstsein für unterschiedliche Modelle und den besten Umgang damit zu schärfen – und so den Weg für eine bessere Vorbereitung auf künftige Pandemien zu ebnen.
„Kein Modell kann eine definitive Antwort geben, aber sie können dennoch sehr nützlich sein.“ Für uns entstand das Handbuch aus der Frustration über die Missverständnisse und den teilweise harschen Ton des Austauschs zwischen verschiedenen Gruppen, die in Schweden während der Pandemie aufkamen – und die auch in anderen Ländern auftraten. Wir wollen zeigen, dass es sich bei allen Modellen um Vereinfachungen handelt, dass sie aber mit den richtigen Annahmen für Entscheidungsträger hilfreich sein können und dass sich verschiedene Modelle gegenseitig ergänzen können. „Dies wird hoffentlich zu einer besseren Zusammenarbeit zwischen Experten führen, damit wir Entscheidungsträger während der nächsten Pandemie besser und effektiver beraten können“, sagt Philip Gerlee.
Anders Tegnell, leitender Berater beim schwedischen Gesundheitsamt und ehemaliger Chief Medical Officer, ist einer der Co-Autoren. Er erinnert sich an die Herausforderungen während der COVID-19-Pandemie, als viele Organisationen in einer chaotischen Situation helfen wollten.
„Da alles so schnell ging und viele Leute ihr Fachwissen einbringen wollten, kam es zu einer gewissen Verwirrung hinsichtlich der Terminologie und sogar zu Misstrauen zwischen verschiedenen Gruppen. Ein Beispiel dafür, wie sich dies abspielte, waren Meinungsbeiträge in den schwedischen Medien, die nicht besonders konstruktiv waren“, sagt Anders Tegnell.
Verschiedene Modelle sorgen für ein umfassenderes Bild
Ein Chemiker, ein Mathematiker oder ein Biologe werden bei ihrer Arbeit oft völlig unterschiedliche Modelle verwenden, die beispielsweise auf KI, Differentialgleichungen oder verschiedenen Datenmodellen basieren. Laut Torbjörn Lundh stellt die große Auswahl an Werkzeugen jedoch kein Problem dar. Ganz im Gegenteil.
„Verschiedene Modelle und Ergebnisse können ein umfassenderes Bild und ein tieferes Verständnis liefern.“ Es ist selten eine gute Idee, sich ausschließlich auf ein Modell zu verlassen, und nicht alle funktionieren in allen Phasen gleich gut. „Zum Beispiel waren KI-Modelle zu Beginn der COVID-19-Pandemie schwierig zu nutzen, als es noch nicht genügend Daten gab“, sagt er.
Zeigen mehrere Modelle in die gleiche Richtung, erhöht sich die Zuverlässigkeit der Ergebnisse. Eine weitere wichtige Schlussfolgerung ist, dass die Verwendung übermäßig komplexer Modelle mit Risiken verbunden ist. Torbjörn Lundh nennt ein Beispiel: den umstrittenen Bericht des Imperial College London vom März 2020, der Hunderttausende Todesfälle und ein überlastetes Gesundheitssystem prognostizierte, sofern keine strengen Beschränkungen eingeführt würden. Seitdem haben mehrere Forscher die Art und Weise kritisiert, wie das dem Bericht zugrunde liegende Modell verwendet wurde.
„Je komplexer ein Modell ist, desto schwieriger ist es zu erklären und zu verstehen.“ Darüber hinaus können die Ergebnisse bereits bei sehr geringfügigen Änderungen der von Ihnen eingestellten Parameter stark variieren“, sagt er.
Schwedische Datenmodellierer bereiten sich auf künftige Pandemien vor
Es ist auch wichtig, in Zeiten, in denen sich das Virus nicht ausbreitet, gemeinsam zu „proben“, was derzeit in Schweden im Rahmen des nationalen Netzwerks SEMAFOR – Swedish Epidemic Modeling and Force – stattfindet.
„Wir sind eine Gruppe von Modellierern für Pandemievorsorge von Regierungsbehörden und Universitäten in Schweden, die sich treffen, um realistische Trainingsübungen durchzuführen.“ Zum Beispiel hielten wir eine simulierte Pressekonferenz über die Ausbreitung des Dengue-Fiebers in Stockholm ab, in der sich der Chief Medical Officer Anders Tegnell selbst spielte. „Dieses Netzwerk hat unseren Blick auf alle Instrumente erweitert, die bei der Modellierung der Pandemievorsorge zur Verfügung stehen, und darauf, wie wir uns gemeinsam verbessern können“, sagt Lundh.
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