La prévention des maladies infectieuses dans le contexte de traitements efficaces : une approche par la théorie des jeux

Prevention of infectious diseases in the context of effective treatment : a game-theoretic approach

• Auteur / Autrice : Sofía Jijón Albán
• Direction : Romulus Breban, Virginie Supervie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Épidémiologie
• Date : Soutenance le 05/07/2021
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Pierre Louis de santé publique : épidémiologie et sciences de l'information biomédicale (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pierre Louis d'épidémiologie et de santé publique (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Judith Mueller
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alberto D'Onofrio, Sylvain Sorin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Chris Bauch, Raffaele Vardavas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modélisation compartimentale

Théorie des jeux

Modèles mathématiques

Épidémies

Maladies infectieuses -- Prévention

Mots clés libres

Épidémiologie comportementale

Prévention volontaire

Élimination épidémique

Théorie des jeux

Modèle compartimental

Santé publique

Behavioral epidemiology

Voluntary prevention

Epidemic elimination

Game theory

Compartmental model

Public health

Résumé

Cette thèse porte sur la modélisation mathématique des maladies infectieuses, en prenant en compte le dilemme de la prévention versus le traitement, la prise de décision d'adopter ou non la prévention, dans un contexte où un traitement efficace existe. L'objectif est de déterminer si la prévention volontaire pourrait prévenir une épidémie, et sous quelles conditions. Nous proposons un modèle mathématique combinant un modèle compartimental pour la transmission de la maladie au niveau populationnel, et une approche par la théorie des jeux pour la prise de décision au niveau individuel, en supposant que l’individu choisit la stratégie qui lui bénéficie le plus, à long terme. Premièrement, nous étudions la vaccination volontaire dans le contexte des maladies infectieuses infantiles. Nous appliquons nos résultats à l'épidémie de la rougeole. Deuxièmement, nous étudions l'utilisation volontaire de la prophylaxie pré-exposition pour éviter l’infection à VIH par les individus à haut risque d'infection. Nous calibrons notre modèle pour l'épidémie du VIH parmi les hommes qui ont des rapports sexuels avec les hommes en Île-de-France. Nous obtenons la probabilité d'adopter volontairement la prévention, en fonction l'efficacité et le coût de la prévention. Nos résultats suggèrent que l'élimination des épidémies est possible, à condition que les individus perçoivent le coût de la prévention comme étant bas. Néanmoins, l'élimination de l'épidémie n'est que temporaire. Une fois l'épidémie éliminée, il n'y a plus de motivation à long terme pour adopter la prévention, basée sur la perception du risque d'infection, et des efforts pour maintenir le coût de la prévention bas sont nécessaires.

The thesis concerns the mathematical modeling of infectious diseases, addressing the individuals' dilemma of prevention versus treatment. In particular, we address the decision-making on whether to adopt prevention, to avoid infection during an ongoing epidemic, in a context where efficient treatment is available. We aim to determine whether and under what conditions the voluntary adoption of prevention could avert an epidemic. We build a mathematical model combining a deterministic model, to describe disease transmission at the population level, and a game-theoretic model, to describe decision-making the individual-level. We assume that individuals solve the dilemma of prevention versus treatment by choosing the strategy that benefits them the most, in the long term. First, we study voluntary vaccination against childhood infectious diseases, and apply our findings to measles. Second, we study the voluntary adoption of pre-exposure prophylaxis to avoid HIV infection by individuals at high risk of infection. We calibrate our HIV model to the epidemiology of men who have sex with men in the Paris region. We obtain the probability for an individual to adopt prevention voluntarily, as a function of prevention cost and effectiveness. Our results suggest that epidemic elimination is possible, provided that individuals perceive the relative cost of prevention versus treatment to be low. However, epidemic elimination may be only temporary: once the epidemic is averted, there is no long-term motivation to adopt prevention based on the perceived risk. Thus, active efforts are required to maintain a low perceived cost of prevention.