【演講內容全文】
防疫研究的多種可能性
中央研究院社會學研究所李宣緯助研究員
臺大數學系於近期舉辦【防疫工程跨領域講座】,特別邀請中央研究院社會學研究所李宣緯助研究員進行演講。李宣緯結合複雜系統與社會網絡的觀點,從數理建模、資訊傳播到疫苗接種意願調查,深入探討傳染病控制的跨領域應用,為數理背景學生提供嶄新的視角。
以複雜系統觀點切入社會現象
李宣緯本身擁有數學博士學位,卻選擇投身社會學領域研究,顯示出數理思維在跨領域研究中的潛力。他指出,複雜系統(complex systems)可用來描述一群具備簡單規則卻能集體呈現出高度複雜行為的個體,這樣的模型可應用於自然科學與社會科學。
在防疫研究上,這類模型讓研究者得以簡化現實世界的複雜性,專注於疾病是否會傳染、個體是否會改變狀態(例如從健康變成感染者),進而建立狀態轉移模型。個體的互動則被視為網絡連結,從而將傳染病模型推向 network-based modeling 的層次。
社會網絡的三大特性與傳染病動態
李老師說明,社會網絡具有三大特性:趨同性(homophily):個體傾向與相似者建立連結。重聚性(clustering):網絡中充滿許多三角關係(例如 A 認識 B、B 認識 C,則 A 很可能也認識 C)。小世界性(small-world property):即使全球人口眾多,但任意兩人間的關聯步數相對較短,平均可能只需五到六步即可連結。
這些特性對於疾病傳播具有關鍵意義。以 SR(Susceptible-Recovered)模型為例,若將疾病的傳播視為網絡上的狀態轉移,節點間的連結密度與拓撲結構將直接影響傳染速度與波及程度。
李老師進一步引用 2020 年《Nature Human Behaviour》的研究,說明透過延長網絡中的平均距離(例如封鎖長距離移動、限制跨城市交通),可有效讓疫情曲線趨於平緩(flatten the curve),減緩醫療體系壓力。
數學模擬與網絡模型的結合
在數學模擬部分,李老師介紹如何將傳統的 SR 模型延伸至網絡架構中,透過鄰接矩陣(adjacency matrix)與機率性轉移規則來模擬疾病於節點間的傳播過程。
不同於 fully-mixed 模型(假設每個人皆可與所有人互動),網絡模型關注節點間的實際結構與連結數,並可設定傳染速率與恢復速率來模擬多種傳染動態。藉由在如空手道社團的範例圖上進行模擬,能觀察不同參數下傳染高峰時間、最終感染比例、是否產生長期震盪等。
此外,他也介紹「共演化網絡模型(co-evolving network model)」,強調節點的狀態變化會影響網絡結構,反之亦然。例如,感染者可能被隔離、失去連結;康復後重新建立連結,進而形成一個動態演化的網絡系統。
重聚性對疾病控制的效果:數學分析與模擬結合
在其與美國博士班團隊合作的研究中,李老師探討「社會網絡中的重聚性對傳染病控制的影響」。研究中模擬了健康者在鄰居感染時斷開連結,並重新與鄰居的鄰居建立連結的策略。這種策略一方面提升網絡的重聚性(產生更多三角關係),另一方面也有效抑制疾病傳播速度。
研究使用 approximate master equation (AME) 系統性的微分方程來分析疾病在網絡中的動態,並透過大量模擬驗證其準確性。結果顯示,在中低重聚程度下,分析模型可準確預測疾病傳播範圍,而當重聚性極高時,因網絡迴圈過多造成模型失效。
線上資訊傳播與政治傾向分析
除了數學建模,李老師亦關注防疫期間資訊如何在社交平臺上流通。他與澳洲學者合作分析 Twitter 上具健康專業背景用戶(如醫師、護士、公共衛生學者)對 COVID-19 的言論與情緒傾向。
研究指出,這些用戶雖具專業背景,卻也非完全中立。根據其帳號簡介與內容,可將其區分為支持民主黨(藍)、共和黨(紅)及無明確政治立場(黑)。三者對疫情的情緒反應亦有顯著差異,如民主黨支持者多展現 fear 或 anger,而共和黨支持者中則有更多對政策措施的質疑與反感。
臺灣疫苗接種意願研究:統計調查結合社會網絡
李老師進一步分享與臺大心理系與中研院人社中心合作,在 《PLOS ONE》發表的研究成果。該研究由李老師與臺大心理所研究助理和中研院人社中心的老師共同合作。研究採用長達10個月的跨時網路問卷資料,在疫情爆發前(2021年3月至4月)及三級警戒實施期間(5月15日至5月28日)進行抽樣,總樣本數為1773人,年齡介於20至75歲。
調查變項涵蓋:人口統計資料(性別、年齡、婚姻狀態、教育程度、地區、收入)、人格特質(Big Five性格量表)、居住環境與生活品質、對政府與世界衛生組織的信任程度、對疫苗的態度(副作用、費用、可近性)和媒體使用習慣與疫情風險認知(perceived risk)
研究顯示,以下幾項因素顯著提升接種疫苗的意願:男性、年長者、人格開放度高、生活品質佳、具備公共衛生知識、信任政府及擔心錯假訊息者。特別值得注意的是,受訪者對疫情風險的主觀認知被證明是最關鍵的影響因子之一。分析亦指出,居住於雙北地區與非雙北地區在接種意願上差異不大,顯示當時疫情已在臺灣形成「一日生活圈」的恐懼氛圍,民眾普遍感受到感染風險。
此項研究不僅為政策制定提供實證基礎,也呼應了風險溝通在公共衛生策略中的重要角色。若欲提升特定族群的疫苗接種率,未來政策應針對不同年齡層、性別與信任程度設計差異化的溝通策略與介入措施。
結語:數學素養與跨域視野的結合
李老師以三個不同取徑的研究案例(數理建模、社群資訊分析、社會統計調查)展示跨領域防疫研究的可能性。他強調,數學與統計等基礎能力是未來跨域發展的重要根基,並鼓勵學生在學習階段打好基本功,未來可更靈活與他人合作進行創新研究。
他也提到自己與來自物理、經濟、社會等不同背景的學生合作經驗,歡迎對相關主題有興趣的學生參與大專生研究計畫,共同探索數理工具在社會議題上的應用。
最後,李老師引用唯一一位女性菲爾茲獎得主 Maryam Mirzakhani 的話作為勉勵:「花越多時間思考數學問題,從中獲得的樂趣就越深。」他鼓勵學生勇於追求自身興趣,在探索中發現熱情與方向,即便短期無法看到應用成果,專注與熱情本身就是知識探索最珍貴的動力。
問答時間:防疫模型應用與跨域轉換經驗分享
在演講結尾的問答時間,李老師針對學生與線上聽眾提出的問題進行回應,涵蓋防疫模型應用與跨領域職涯轉換等主題。
首先,有聽眾提問是否可在傳統的SIR模型中納入行為變項,如戴口罩、不打疫苗等具體行動。李老師表示肯定,並指出這類變項可作為模型中個體異質性的參數調整,也可透過分類(如高風險群、醫護人員)或不同的傳染率與恢復率設定進行建模。然而,他也提醒這類行為變項的納入將改變模型核心架構與主軸,因此需視研究問題與目的審慎選擇。
第二,關於防疫政策是否可納入數學模型中進行模擬與評估,李老師指出可行且已有相關研究,如透過調整參數設定反映政策強度與效果(例如封城、移動限制、口罩政策等)。他進一步說明,模型設計的關鍵在於「聚焦」,若納入過多變數可能導致分析模糊,因此常以單一主軸進行討論後,再由其他研究延伸補強。
第三,有學生詢問「以複雜系統或賽局理論推測防疫政策,其準確度是否能反映現實」。李老師表示,這類模型在預測疫情真實走向的能力相較於流行病學專家模型為低,但其價值在於解析人類行為與決策邏輯,提供行為經濟學或政策設計的補充視角。例如,賽局理論可模擬個體如何在資訊不完全與個人利害考量下做出行動選擇。
最後,有同學提問從數學背景轉入社會科學研究的可能挑戰與優勢。李老師坦言,轉換初期需克服理論語言、研究脈絡與出版規範等隔閡,然而數理背景在模型建構、資料處理與邏輯思考上具明顯優勢。他建議學生若欲跨域發展,應主動參與社會科學領域的研討與閱讀,並與不同專業背景的研究者密切合作,在對話中尋找可貢獻之處。
主持人林俊吉老師總結表示,李老師的跨域經歷展現了打破學科壁壘的可能性,也為臺灣學界提供新的合作典範。他鼓勵學生珍惜大學階段的探索機會,勇於走出同溫層,培養面對不確定性與多元觀點的能力,這不僅是研究的核心素養,也是迎向未來挑戰的關鍵。
本場講座成功展現數理工具於社會議題上的實質應用,讓數學系學生理解自身專業可延伸至公共政策、健康治理與資訊傳播等多元領域。透過李宣緯助研究員的分享,我們看見跨領域研究如何在防疫工作中發揮深遠的影響力展現跨領域研究的可能性與實用價值,亦為理科學生打開認識社會問題的另一扇窗。