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Enregistrement W7117133926 · doi:10.64898/2025.12.22.695879

The limitations of non-mechanistic methods for characterizing pathogen-pathogen interactions: A simulation study

2025· article· W7117133926 sur OpenAlexaboutno aff
Sarah Krämer, Sarah Pirikahu, Cana Kussmaul, Lulla Opatowski, Matthieu Domenech de Cellès

Notice bibliographique

RevuebioRxiv (Cold Spring Harbor Laboratory) · 2025
Typearticle
Langue
DomaineMathematics
ThématiqueCOVID-19 epidemiological studies
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésConfoundingGranger causalityInfectious disease (medical specialty)UncorrelatedPoint estimationFeature (linguistics)Range (aeronautics)Sensitivity (control systems)

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

Abstract Pathogen-pathogen interactions occur when infection with one pathogen influences one’s chance of infection or disease due to another. Increasingly, evidence suggests that interactions are a common feature of infectious disease epidemiology. However, due to both the nonlinearities and stochasticity inherent to infectious disease transmission, and the frequency of confounding (e.g., by shared seasonal forcing), simple, purely statistical methods for characterizing interactions may be prone to failure. Here, we perform a simulation study to evaluate several more complex non-mechanistic approaches for inferring causality from time series data: generalized additive models (GAMs), Granger causality, transfer entropy, and convergent cross-mapping (CCM). Specifically, we use a two-pathogen mechanistic transmission model, calibrated to produce dynamics resembling outbreaks of influenza and respiratory syncytial virus (RSV), to generate synthetic datasets with a range of values for interaction strength and duration. We then apply each method to all synthetic datasets. We find that Granger causality, transfer entropy, and CCM all fail to consistently infer whether data contain signal of an interaction; in particular, methods tend to incorrectly identify interactions where none are modeled (average sensitivity = 80.6%, 92.1%, 72.1%, respectively; average specificity = 31.0%, 33.3%, 33.1%). Furthermore, we find little to no association between point estimates from each method and true interaction strength. In contrast, GAMs infer the existence of interactions more accurately than the other methods (sensitivity = 85.2%, specificity = 72.5%), and consistently yield larger point estimates for stronger interactions. However, their practical utility is limited by an inability to evaluate interaction asymmetry (i.e., whether the effect of pathogen A on pathogen B is identical to that of B on A). Overall performance patterns were similar when methods were applied to two real-world datasets from Hong Kong and Canada. We conclude that accurately and comprehensively characterizing pathogen-pathogen interactions based on outbreak data remains a significant challenge. For this reason, it is critical that any proposed methods be rigorously evaluated before being used to draw conclusions about interactions. Author Summary Pathogen-pathogen interactions occur when infection with one pathogen either increases or decreases a person’s risk of infection or illness due to a second, distinct pathogen. Because interactions affect several common human pathogens, including influenza and SARS-CoV-2, a better understanding of interactions could improve epidemic control. However, past work has shown that simple methods commonly used to study interactions can lead to inaccurate conclusions. Here, we tested four methods frequently used in other fields, including ecology and neuroscience, to see whether they may also be useful for identifying interactions. Specifically, we tested each method using simulated outbreak data generated from a mathematical model. We found that most methods struggled to correctly determine whether an interaction effect was present; in particular, methods often falsely identified interactions when none occurred. Although one of the tested methods, generalized additive models, performed comparatively well at identifying interactions, it provided relatively little additional information about the interactions. Because pathogen-pathogen interactions are so challenging to study, it is important that researchers rigorously test methods before applying them to interactions, so as not to publish potentially misleading results. More broadly, a complete understanding of interactions will likely require a variety of approaches, including both laboratory and modeling studies.

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 enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,018
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,056
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,019
Score d'incertitude au seuil0,093

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0180,056
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,001
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0010,001
Études des sciences et des technologies0,0010,001
Communication savante0,0010,002
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0020,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

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.

Tête enseignante Opus0,174
Tête enseignante GPT0,422
Écart entre enseignants0,249 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2025
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