Causal Modeling to Mitigate Selection Bias and Unmeasured Confounding in Internet-Based Epidemiology of COVID-19: Model Development and Validation
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Selection bias and unmeasured confounding are fundamental problems in epidemiology that threaten study internal and external validity. These phenomena are particularly dangerous in internet-based public health surveillance, where traditional mitigation and adjustment methods are inapplicable, unavailable, or out of date. Recent theoretical advances in causal modeling can mitigate these threats, but these innovations have not been widely deployed in the epidemiological community. OBJECTIVE: The purpose of our paper is to demonstrate the practical utility of causal modeling to both detect unmeasured confounding and selection bias and guide model selection to minimize bias. We implemented this approach in an applied epidemiological study of the COVID-19 cumulative infection rate in the New York City (NYC) spring 2020 epidemic. METHODS: We collected primary data from Qualtrics surveys of Amazon Mechanical Turk (MTurk) crowd workers residing in New Jersey and New York State across 2 sampling periods: April 11-14 and May 8-11, 2020. The surveys queried the subjects on household health status and demographic characteristics. We constructed a set of possible causal models of household infection and survey selection mechanisms and ranked them by compatibility with the collected survey data. The most compatible causal model was then used to estimate the cumulative infection rate in each survey period. RESULTS: There were 527 and 513 responses collected for the 2 periods, respectively. Response demographics were highly skewed toward a younger age in both survey periods. Despite the extremely strong relationship between age and COVID-19 symptoms, we recovered minimally biased estimates of the cumulative infection rate using only primary data and the most compatible causal model, with a relative bias of +3.8% and -1.9% from the reported cumulative infection rate for the first and second survey periods, respectively. CONCLUSIONS: We successfully recovered accurate estimates of the cumulative infection rate from an internet-based crowdsourced sample despite considerable selection bias and unmeasured confounding in the primary data. This implementation demonstrates how simple applications of structural causal modeling can be effectively used to determine falsifiable model conditions, detect selection bias and confounding factors, and minimize estimate bias through model selection in a novel epidemiological context. As the disease and social dynamics of COVID-19 continue to evolve, public health surveillance protocols must continue to adapt; the emergence of Omicron variants and shift to at-home testing as recent challenges. Rigorous and transparent methods to develop, deploy, and diagnosis adapted surveillance protocols will be critical to their success.
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,173 | 0,301 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,002 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,002 | 0,005 |
| Bibliométrie | 0,004 | 0,002 |
| Études des sciences et des technologies | 0,002 | 0,003 |
| Communication savante | 0,002 | 0,003 |
| Science ouverte | 0,004 | 0,004 |
| Intégrité de la recherche | 0,003 | 0,005 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,005 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».