Cholera-uitbraken: klimaatgegevens afkomstig van satellieten in een baan om de aarde, gecombineerd met machine learning-technieken, helpen om uitbraken van cholera beter te voorspellen en mogelijk levens te redden.

Cholera is een door water overgedragen ziekte die wordt veroorzaakt door de inname van water of voedsel dat besmet is met de bacterie Vibrio cholerae, die in veel kustgebieden over de hele wereld voorkomt, vooral in dichtbevolkte tropische gebieden.

Cholera-uitbraken koppelt ESA kunstmatige intelligentie aan kennis van ondersteunende omgevingen

De verantwoordelijke ziekteverwekker leeft over het algemeen onder warme temperaturen, een matig zoutgehalte en troebelheid, en kan worden bewaard door plankton en afval in het water.

Opwarming van de aarde en een toename van extreme weersomstandigheden leiden tot uitbraken van cholera - een ziekte die jaarlijks 1.3 tot 4 miljoen mensen wereldwijd treft en tot 143 doden veroorzaakt.

Een nieuwe studie laat zien hoe cholera-uitbraken in kustgebieden van India kunnen worden voorspeld met een slagingspercentage van 89%, in de eerste demonstratie van het gebruik van het zoutgehalte van het zeeoppervlak voor het voorspellen van cholera.

Het onderzoek dat gisteren in het International Journal of Environmental Research and Public Health werd gepubliceerd, richt zich op het voorspellen van uitbraken van cholera rond de noordelijke Indische Oceaan, waar meer dan de helft van de wereldwijde gevallen van de ziekte werd gemeld in de periode 2010-16.

De relatie tussen de omgevingsfactoren van de cholera-incidentie is complex en varieert per seizoen, met verschillende vertraagde effecten, bijvoorbeeld vanaf het moessonseizoen.

Algoritmen voor machine learning kunnen deze problemen helpen oplossen door patronen in grote datasets te leren herkennen en zo testbare voorspellingen te doen.

Het onderzoek naar cholera-uitbraken werd geleid door Amy Campbell tijdens een afstudeerstage van een jaar bij het ESA Climate Office

Amy gebruikte, samen met haar co-auteurs van het Plymouth Marine Laboratory (PML), een algoritme voor machine learning dat populair is in milieuwetenschappelijke toepassingen - de random forest classifier - die patronen in lange datasets kan herkennen en testbare voorspellingen kan doen.

Het algoritme werd getraind op het uitbreken van ziekten in kustgebieden in India tussen 2010 en 2018, en leerde de relaties met zes satellietgebaseerde klimaatrecords gegenereerd door ESA's Climate Change Initiative (CCI).

Door omgevingsvariabelen en subinstellingen voor verschillende seizoenen op te nemen of te verwijderen, identificeerde het algoritme sleutelvariabelen voor het voorspellen van cholera-uitbraken als landoppervlaktetemperatuur, zoutgehalte van het zeeoppervlak, chlorofyl-a-concentratie en zeespiegelverschil met het gemiddelde (anomalie op zeeniveau).

Amy Campbell zei: “Het model heeft veelbelovende resultaten opgeleverd, en er is veel ruimte om dit werk te ontwikkelen met behulp van verschillende cholerasurveillance-datasets of op verschillende locaties.

In onze studie hebben we verschillende machine learning-technieken getest en hebben we vastgesteld dat de random forest-classificator de beste is, maar er zijn veel meer technieken die kunnen worden onderzocht.

“Het zou interessant zijn om de impact van het opnemen van sociaaleconomische datasets te testen; teledetectiegegevens zouden kunnen worden gebruikt om records te ontwikkelen om rekening te houden met menselijke factoren die belangrijk zijn voor de incidentie van cholera, zoals toegang tot watervoorraden. "

De studie en de nieuwe inzichten hebben bijgedragen aan het UKRI-NERC Pathways Of Dispersal for Cholera And Solution Tools (PODCAST) -project onder leiding van co-auteur Marie-Fanny Racault bij PML, dat de impact van klimaatopwarming en klimaatextremen op habitats beoordeelt geschikt voor Vibrio cholerae.

De resultaten van het onderzoek zullen worden gedemonstreerd op de COP26-bijeenkomst van het UNFCCC in 2021 via een webgebaseerde voorspellingstool als onderdeel van het PODCAST-DEMO-project.

Dit wordt ondersteund door het gezamenlijke programma ESA-Future Earth en uitgevoerd in samenwerking met Future Earth's Health Knowledge-Action netwerk.

European Space Agency leidt opsporing van nieuwe cholera-uitbraken, gepubliceerd onderzoek

jerph-17-09378-v2

Lees ook: 

COVID-19 Drugs, het proces tegen Remdesivir wordt voortgezet op het internationale ruimtestation

Lees het Italiaanse artikel

Bron:

ESA officiële website