Nunca é explicitamente afirmado até onde eu sei, mas a coisa toda do Batman é pegar coisas que não parecem corretas e juntar as peças para entendê-las, então não seria de todo surpreendente o que aconteceu, mas existem duas outras possibilidades ...
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Batman registra tudo. Sua fantasia tem sensores de todo tipo e é constantemente transmitida para o mainframe batcava, que ele revisa para descobrir o que ele fez de errado durante suas lutas. Esta é novamente uma daquelas coisas que não são explicitamente declaradas, mas algo que você deve entender com o que ele faz de passagem. O mais perto que eu lembro de ter sido explicitamente declarado é que uma vez ele fez o Oracle baixar o vídeo de sua câmera capota para fazer algo com ele.
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Batman lutou contra Ivy, Espantalho, Madhatter e vários outros, cujas habilidades são fazer lavagem cerebral em você de uma forma ou de outra. Ele ainda tem uma personalidade de "back-up" chamada Batman de Zur-En-Arrh. Então é provável que quando Zatanna limpou "sua" memória, ela apenas limpou uma das memórias da personalidade de Batman e não todas. Basicamente, isso se resume à lógica do Shadow Clone. Você pode fazer algo com uma personalidade e ela simplesmente deixa de existir enquanto o original está perfeitamente bem e está produzindo outra personalidade ou já tem uma para substituir a anterior.