¿Cómo realizar una actualización múltiple de una matriz anidada en MondoDB?

Es porque está utilizando el operador $:el operador posicional $ identifica un elemento (no múltiple) en una matriz para actualizar sin especificar explícitamente la posición del elemento en la matriz. Para proyectar o devolver un elemento de matriz de una operación de lectura, consulte el operador de proyección $.

Puede usar el siguiente código para hacerlo:

db.playground.find({
  $and: [
    {
      "TargetSegments.Colors": {
        $exists: true
      }
    },
    {
       "ProjectFileId": 1
    },
    {
      "SourceLanguageId": 2
    },
    {
      "TargetSegments": {
        $elemMatch: {
          "LanguageId": 1
        }
      }
    }
  ]
}).forEach(function(item)
{
    var targets = item.TargetSegments;

    for(var index = 0; index < targets.length; index++)
    {
        var target = targets[index];
        target.Segment = null,
        target.Colors= [],
        target.Widths= [],
        target.Heights= []
    }

    db.playground.save(item);
});