Откатил изменения, но позиции не вернулись

Смотря сколько времени прошло. Вы как-то очень кратко всё описали

Для начала дату кэша страниц посмотрите, может, он и не приходил еще

Это случается и в Гугле, и в Яндексе. 

Если в течение ближайших нескольких месяцев позиции не восстановятся, значит причиной стали не ваши изменения, а изменения поисковых алгоритмов Гугла, которые недавно были. Из этого следует, что ни прошлое качество, ни текущее не являются удовлетворительными для топа. 

Старые версии страниц(которые в топе были) переиндексировались, снова в кэше гугла появились. Но в топ не вернулись.
Возникает вопрос, как тогда проводить эксперменты с контентом и прочим на страницах, если можно словить необратимый фильтр?
Использую Indexing API.

Никак. Именно по этой причине стараюсь минимально вносить коррективы там, где уже есть успех. А лучше их вообще не вносить. В противном случае, всегда остается ненулевой шанс на то, что у вас произошло. Для экспериментов использую либо сайты с минимальным трафиком, либо отдельные страницы, которые не имеют веса и не влияют на ранжирование всего сайта.