Vaccination dynamics in complex network based on evolutionary game theory

Humankind has always been haunted by different infectious diseases, which can cause considerable damage to human societies, as proved recently by the notorious COVID-19. Designing effective control strategies has therefore become a task of utmost importance and has attracted renewed interest in the scientific community. The primary intervention method for preventing the transmission of infectious diseases is vaccination. However, under the complexity of human mobility and interaction, the individual’s decision whether or not to vaccinate mainly results from a trade-off between cost and potential risk, and the decisions of the individual can evolve in time depending on the epidemic incidence observed in the population. Since voluntary vaccination often does not result in strong herd immunity sufficient for disease eradication, here the evolution of vaccination strategy is analyzed under the combination of mandatory vaccination and voluntary vaccination. The SIRV-NI-EG model examined is a SIRV model on a static network, in which, according to the node importance, a certain proportion of individuals in the population are subject to mandatory vaccination and the remaining individuals choose the vaccination or non-vaccination strategy voluntarily, according to evolutionary game theory.

L’umanità, nel corso dei secoli, ha dovuto affrontare numerose epidemie. Come dimostrato dal recente COVID-19, le malattie infettive possono essere fonte di considerevoli danni per la società umana, sia in ambito sanitario che economico-sociale. Pertanto, la progettazione di strategie di controllo efficaci è un compito di estrema importanza e ha suscitato un rinnovato interesse nella comunità scientifica. La vaccinazione preventiva si è rivelata essere il metodo più efficace per controllare la trasmissione di queste malattie, tuttavia, la scelta dei singoli individui di sottoporsi alla vaccinazione deriva principalmente dalla comparazione tra potenziali rischi e benefici personali, e evolve nel tempo a seconda dell’incidenza epidemica osservata nella popolazione. Dato che la vaccinazione volontaria spesso non porta al raggiungimento di un’immunità di gregge sufficientemente forte da eradicare la malattia, è stata esaminata l’efficacia della combinazione di vaccinazione obbligatoria e volontaria nel contenere l’epidemia. Il modello SIRV-NI-EG esaminato è un modello SIRV su rete, in cui, a seconda dell’importanza dei nodi, una certa proporzione di individui nella popolazione è soggetta alla vaccinazione obbligatoria, mentre i restanti individui scelgono se sottoporsi alla vaccinazione oppure no secondo i principi della teoria dei giochi evolutiva.