Wie „Agenten“ helfen, in Pandemien Entscheidungen zu treffen: Bundesweites Modellierungskonsortium OptimAgent gestartet – Unimedizin Halle ist mit dabei

Um komplexe Szenarien zu simulieren, braucht es Computermodelle. Die erweisen sich in der Corona-Pandemie als besonders wichtig: Bei der Modellierung der gesamtdeutschen Gesellschaft konnte der Individualität der Menschen bislang jedoch kaum Rechnung getragen werden. Deshalb startete im Frühjahr 2022 das OptimAgent Konsortium, mit dem Ziel, diese Heterogenität in die Modellierung von Infektionskrankheiten in Deutschland zu integrieren. Dafür wird eine flexible Simulationsplattform für schwere Infektionskrankheiten basierend auf der sogenannten agentenbasierten Modellierung entwickelt. Die bundesweit angesiedelten Projektgruppen werden durch die Universitätsmedizin Halle koordiniert. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Konsortium über drei Jahre mit 2,9 Millionen Euro.

In der Corona-Pandemie zeigte sich, dass es eine gute Datenbasis braucht, um politische Entscheidungsfindungen belastbar und effektiv zu gestalten. Dazu hat die Modellierung von möglichen Ausbreitungsszenarien wertvolle Informationen geliefert, um vorausschauende Maßnahmen ergreifen zu können, bevor besonders ungünstige Ausbreitungsszenarien vollumfänglich eintreten. Der Teufel steckt im Detail: Jeder Mensch unterscheidet sich beispielsweise im Alter, der Mobilität, dem Risikoverhalten und den sozialen Kontakten. Aufgrund mangelnder Daten bleibt es für Modellierungen entsprechend herausfordernd, die Heterogenität der Gesellschaft zu berücksichtigen. Diese kann jedoch einen bedeutenden Einfluss auf das Infektionsgeschehen und die Wirksamkeit von Maßnahmen haben.

Im Frühjahr 2022 startete dafür das Konsortium OptimAgent, um neue Erkenntnisse zum Einfluss der gesellschaftlichen Heterogenität auf das Infektionsgeschehen zu gewinnen und in ein Modell zu integrieren. „Dabei geht es ausdrücklich nicht nur um COVID-19-Infektionen und deren Vermeidung, sondern auch um möglichst umfassende Nutzen-Schaden-Abschätzungen von Maßnahmen“, sagt Jun.-Prof. Dr. Alexander Kuhlmann, Gesundheitsökonom an der Universitätsmedizin Halle und Leiter des Modellierungsnetzes für schwere Infektionskrankheiten, in dem auch OptimAgent vertreten ist. Die bundesweit angesiedelten Forschungsgruppen entwickeln gemeinsam ein „agentenbasiertes Modell“, wobei die „Agenten“ als Individuen mit unterschiedlichen Eigenschaften verstanden werden können. „Der Agent ist lediglich ein Arbeitsbegriff. In der Verkehrsmodellierung können damit beispielsweise Fahrzeuge und in der Epidemiologie eben einzelne Menschen gemeint sein“, erklärt Kuhlmann.

OptimAgent ist in Teilprojekte organisiert, in denen zu unterschiedlichen Facetten der Heterogenität geforscht wird. Das sind beispielsweise individuelle Kontaktnetzwerke, psychologische Determinanten des Risikoverhaltens oder sozioökonomische Faktoren. Schlussendlich fließen die Ergebnisse der Teilprojekte in Form von Modulen des agentenbasierten Modells zusammen. „Dieser umfassende Ansatz ist bei der Modellierung von Infektionskrankheiten in Deutschland bislang einmalig und ermöglicht eine realistischere Abbildung von soziodemographischen Strukturen und regionalen Unterschieden“, sagt Kuhlmann. „Damit wird es nicht nur möglich sein, das Infektionsgeschehen sowie den Nutzen und Schaden von Maßnahmen in der Gesamtbevölkerung zu untersuchen, sondern auch in unterschiedlichen Gruppen der Gesellschaft, um Veränderung in der sozialen Ungleichheit bei der Bewertung von Maßnahmen zu berücksichtigen.“

Der große Vorteil des modularen Modellaufbaus: Die einzelnen Komponenten sind individuell anpassbar und erlauben es, das gesamte Modell vergleichsweise flexibel auf andere Infektionskrankheiten umzumünzen. „Während die Übertragung von COVID-19 über Aerosole erfolgen kann, ist das bei Affenpocken nur über engen Körperkontakt möglich. Dieser Umstand ließe sich im Projektmodul »Kontaktnetzwerke« anpassen“, erklärt Prof. Dr. Rafael Mikolajczyk, Direktor des Instituts für Medizinische Epidemiologie, Biometrie und Informatik der Universitätsmedizin Halle und Koordinator des OptimAgent Konsortiums. Nicht zuletzt soll das Modell dabei unterstützen, die Implementierung nicht-pharmazeutischer Maßnahmen zu optimieren. „Die Berücksichtigung der Heterogenität erlaubt es, Interventionen effektiver zu gestalten. So lassen sich Maßnahmen besser ausdifferenzieren, beispielsweise in Bezug auf dünn besiedelte Regionen und Großstädte“, blickt Mikolajczyk voraus. Der Programm-Code wird veröffentlicht und das Modell über eine intuitive Nutzeroberfläche bedienbar sein. So können neben anderen Forschergruppen auch Entscheidungsträger:innen auf das Modell zugreifen.

Das OptimAgent Konsortium ist ein Zusammenschluss der Universitätsmedizin Halle, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Freien Universität Berlin, der Universität zu Lübeck, der Universität Leipzig, der Universität Trier, der Technischen Universität Kaiserslautern, des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung, der Universität Bielefeld sowie den internationalen Partnereinrichtungen der University for Health Sciences, Medical Informatics and Technology in Tirol, der Technischen Universität Breslau in Polen und dem Julius Center for Health Sciences and Primary Care Utrecht in den Niederlande.